Manipulating the insulator–metal transition through tip-induced hydrogenation

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作者
Linglong Li,Meng Wang,Yadong Zhou,Yang Zhang,Fan Zhang,Yongshun Wu,Yujia Wang,Yingjie Lyu,Nianduan Lu,Guopeng Wang,Huining Peng,Shengchun Shen,Yingge Du,Zihua Zhu,Nan Chen,Pu Yu
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:21 (11): 1246-1251 被引量:12
标识
DOI:10.1038/s41563-022-01373-4
摘要

Manipulating the insulator-metal transition in strongly correlated materials has attracted a broad range of research activity due to its promising applications in, for example, memories, electrochromic windows and optical modulators1,2. Electric-field-controlled hydrogenation using ionic liquids3-6 and solid electrolytes7-9 is a useful strategy to obtain the insulator-metal transition with corresponding electron filling, but faces technical challenges for miniaturization due to the complicated device architecture. Here we demonstrate reversible electric-field control of nanoscale hydrogenation into VO2 with a tunable insulator-metal transition using a scanning probe. The Pt-coated probe serves as an efficient catalyst to split hydrogen molecules, while the positive-biased voltage accelerates hydrogen ions between the tip and sample surface to facilitate their incorporation, leading to non-volatile transformation from insulating VO2 into conducting HxVO2. Remarkably, a negative-biased voltage triggers dehydrogenation to restore the insulating VO2. This work demonstrates a local and reversible electric-field-controlled insulator-metal transition through hydrogen evolution and presents a versatile pathway to exploit multiple functional devices at the nanoscale.
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