Oxid vanadičitý (VO2) vyniká mezi materiály vykazujícími fázový přechod kov-izolant (PKI) kvůli blízkosti přechodové teploty k teplotě pokojové, díky čemuž je slibným kandidátem pro aplikace v optickém spínání nebo ukládání energie. Povaha PKI ve VO2 není dosud plně objasněna, nejčastěji uvažované scénáře jsou Mottův přechod a Peierlsův přechod. Navrhujeme studovat PKI v rastrovacím prozařovacím elektronovém mikroskopu s in-situ ohřevem. Unikátní kombinace zobrazování, difrakce a spektroskopie s nanometrovým prostorovým rozlišením nám umožní lokálně spojit optické vlastnosti VO2 s aplikovanou teplotou a lokální krystalovou strukturou. Naše výsledky umožní určit povahu PKI ve VO2 nejen v objemovém materiálu, ale i v nanostrukturách včetně role lokálních poruch: atomárních defektů, hranic zrn a materiálových rozhraní. Budeme rovněž demonstrovat aktivní plazmonické nanoantény založené na VO2 se spínatelným elektrickým a magnetickým hot spotem.

Popis anglicky
Vanadium dioxide (VO2) stands out among materials exhibiting metal-insulator phase transition (MIT) due to proximity of its transition temperature to the room temperature, which makes it a promising candidate for applications in fast optical switching or energy storage. The nature of the MIT in VO2 is not yet fully understood, with the Mott transition and Peierls transition being the most considered scenarios. Here we propose to probe the MIT in a scanning transmission electron microscope with in-situ heating. A unique combination of imaging, diffraction, and spectroscopy with nanometer spatial resolution will allow us to locally correlate the optical properties of VO2 with applied temperature and local crystal structure. Our results shall identify the nature of MIT in VO2 not only in the bulk material, but also in nanostructures including the role of local perturbations: atomic defects, grain boundaries, or material interfaces. Further, we will demonstrate VO2-based active plasmonic nanoantennas with switchable electric and magnetic hot spot.

Klíčová slova
přechod kov-izolant;fázově-proměnné materiály;plazmonika;elektronová spektroskopie;

Klíčová slova anglicky
metal-insulator transition, phase-changing material, plasmonics, electron-beam spectroscopy