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摘要：清华大学物理系于浦副教授带领的研究团队首次在单一材料中实现了双离子的电场可控结构相变，并揭示了基于三态相变过程中光、电和磁学特性调控的器件应用。

该研究团队采用离子液体电场调控的方法，在模型体系氧化物SrCoO2.5结构中首次实现了电场下的双离子（O2-离子和H+离子）的可逆调控，并伴随着SrCoO2.5与SrCoO3-δ以及以前尚未发现的新相HSrCoO2.5之间的三相可逆结构相变。

需要指出的是，传统研究通常借助外加压力或材料生长过程中的化学掺杂等调控手段，实现新型物相及新颖物性的设计，但本研究通过电场控制实现离子的插入和析出及其所对应的物相转变，为材料物性调控提供了一类全新的手段。该项发现可以被广泛推广到其它一系列材料体系中，有望孕育出大量的新奇结构相变和丰富功能特性。

图：通过氧离子和氢离子的电场调控，可以实现SrCoO3, SrCoO2.5和HSrCoO2.5之间的可逆相变。

同时，由于调控过程中三相转换在可见光和红外光区具有迥然不同的光学吸收特性，本研究通过电场对于相变的调控实现了基于双离子调控的双波段（可见光和红外光）三态电致色变效应。可见光可实现环境亮暗的调节，红外光则具有显著热效应，可以实现环境凉暖的调节。通过三相调节可以实现全透、进红外光挡可见光以及全部挡光等三种透光状态，而这样的调控有着广泛的应用前景。例如，智能玻璃就可以根据所需场景，通过电压调节建筑物玻璃不同波段的透射率，从而达到高效节能的目的。具体说，冬天可以在不妨碍可见光波段明暗调节需求的前提下提高红外波段的透射率增加室内温度。反之，夏天可以降低红外波段的透射率来减小外界带来的辐射升温，而且并不妨碍可见光波段明暗的调节需求。更重要的是，这是一种具有“非挥发”特性的相变，即撤掉电压后，其相变后的结构和性能会得到长久保持，从而大大减少维持相变所需的能源消耗。

图：样品三相相变过程所对应的（上）样品透光度和（左下）透射光谱的变化以及（右下）磁电耦合效应。

此外，这三个相还拥有完全不同的电学和磁学基态，即显示铁磁金属性的SrCoO3-δ，反铁磁绝缘性的SrCoO2.5以及弱铁磁绝缘性的HSrCoO2.5。应用中，可以通过电场控制这些相之间的切换，从而实现多磁态之间的电场调控。通常情况下，材料磁态的调控需要借助外加磁场实现，需要很大的能耗。而电场对于磁性的调控，即所谓磁电耦合效应，则能显著降低能耗，从而在新型自旋电子学器件中具有广泛的应用前景。 

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