[发明专利]一种六方晶系的RhO2

说明书

本发明公开了一种RhO₂晶体，所述RhO₂晶体属于六方晶系，空间群为P6₃/mmc(No.194)，其晶格常数为该晶体显示新颖的输运性质及磁性，即在高温下表现为金属行为，在100‑150K出现金属绝缘体转变，低于该温度表现绝缘体行为，同时在2‑300K时，沿(001)晶面方向呈现反铁磁性。分析表明，该金属绝缘体转变是由电子关联和自旋轨道耦合共同导致的一种Mott(莫特)转变，即该结构的RhO₂是一种莫特绝缘体。

技术领域

本发明属于新材料及晶体生长技术领域，特别涉及一种六方晶系的RhO₂晶体及其制备方法和应用。

背景技术

4d和5d过渡金属氧化物材料由于独特的电子特性，一直是基础科学和应用科学的研究焦点。例如，MoO₂表现出巨大的磁电阻效应(Q.Chen,Z.F.Lou,et al.,Phys.Rev.B102,165133(2020).)；ReO₂是一种新型拓扑材料(S.S.Wang,Y.Liu,et al.,Nat.Commun.8,1844(2017).)；RuO₂不仅是一种具有平带特征表面态的节线拓扑半金属材料，还表现出反常的反铁磁性(V.Jovic,R.J.Koch,S.K.Panda,et al.,Phys.Rev.B 98,241101(R)(2018).；Z.H.Zhu,J.Strempfer,et al.,Phys.Rev.Lett.122,017202(2019).)；IrO₂具有很强的自旋轨道耦合作用(J.N.Nelson,J.P.Ruf,et al.,Phys.Rev.Materials.3,064205(2019).)；HfO₂薄膜中平坦的极性声子带，可诱导出稳健的可独立反转的偶极子，从而使其具有铁电性(H.J.Lee,M.Lee,et al.,Science.369,1343-1347(2020).)。这些性质对于拓扑物理学、关联电子学、自旋电子学等研究领域的发展具有重要意义。由于特殊的电子性质，4d和5d过渡金属氧化物在催化剂、能源存储等方面有着巨大的应用潜力。此外，其独特的物理性质为开发新一代的功能器件提供了更多可能。

材料结构与其性能密切相关，决定着材料的功能和应用。已有研究报道，具有相同化学式但是具有不同结构的4d和5d过渡金属氧化物的性质也表现出巨大差异。以PtO₂为例，实验研究表明，PtO₂具有三个相，即α相、β相、β’相；其中，α相和β相的PtO₂表现高效的催化性能，它们分别具有六方CdI₂结构和正交CaCl₂结构(R.Kim,B.J.Yang,et al.,Phys.Chem.Chem.Phys.8,1566-1574(2006).)；β’相的PtO₂具有四方金红石结构，却是一种狄拉克半金属(R.Kim,B.J.Yang,et al.,Phys.Rev.B 99,045130(2019).)。

RhO₂是一种4d过渡金属氧化物，它具有金红石结构(四方晶系)，空间群为P4₂/mnm，主要被用作电催化剂(V.Schünemann,B.Adelman,et al.,Catalysis Letters 27,259-265(1994).)。

本发明发现了一种新结构的RhO₂单晶，这种新结构的RhO₂晶体的发现对关联物理学、自旋电子学以及高温超导探索等方面具有重要的研究和应用价值，可以推动基础学科的发展，另一方面该材料还可以用于开发新一代的功能器件，例如温敏传感器或者开关、低能耗的电子元件、以及新型电子逻辑元件等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种六方晶系的RhO₂晶体以及一种基于高温水溶液法制备六方晶系的RhO₂晶体的方法，该方法通过调节溶液温度和制备时间，制备RhO₂晶体。