重点推介科技成果项目
● 项目名称：原子层热电堆氧化物薄膜的激光感生电压信号响应率、输运各向异性和器件的研究
● 所属单位：昆明理工大学
● 所属领域：材料g，能源g
化工□、石油□、生物□、医药□、、资源□、环境□、装备□、机电一体化□、信息□、其它□
● 项目简介：
背景
在晶胞中，由导电层和绝缘层沿c轴堆垛而成的晶体，诸如层状NaxCoO2体系、错层Ca3Co4O9体系等，以及高温超导YBa2Cu3O7-δ等，这类电子强关联的原子层热电堆结构，在ab面和c轴具有显著的结构和输运的各向异性，其中的一些还是电子晶体-声子玻璃，在热电、光电和热释电领域有很大的应用潜力。
通过人工裁剪，在倾斜单晶衬底上生长外延薄膜，薄膜面内的特定方向具有c轴的分量，通过激光感生电压来研究热电各向异性或其他可能机制，通过面内2个方向的电阻率来获得ab面和c轴的各向异性等；结合面内和面间的磁输运行为，获得这一大类氧化物输运各向异性的物理图形，讨论过渡金属离子的3d电子轨道、自旋和电荷有序关联的机制；同时开展在横向热电、光电和红外探测等领域的器件研究。
研究技术要点、先进性，成果和应用
在具有“电子晶体-声子玻璃”特征的新型层状Co基氧化物（层状NaxCoO2体系、错层Ca3Co4O9体系），以及钙钛矿结构La1-xSrxCoO3(x=0~1)体系的薄膜/多晶的热电输运各向异性、激光感生电压信号及其横向热电、光电器件应用领域展开了系统深入的研究；在高温超导YBa2Cu3O7-δ、（类）钙钛矿结构的La1-xCaxMnO3、Sr3YCo4O10.5+δ多晶和薄膜展开了ab面和c轴的电磁输运、激光感生电压和热电各向异性的实验研究
1. 采用脉冲激光淀积（PLD）在倾斜单晶衬底上生长了外延的层状Co基氧化物及相关氧化物薄膜，进行了倾斜衬底和薄膜的c轴、ab面内取向的XRD定量表征， 薄膜生长模式和外延特性研究；
2. 薄膜的电输运和磁输运性质的研究，特别是由倾斜衬底上外延薄膜面内两个垂直方向的电阻~温度行为获得薄膜的ab面和c轴电阻率各向异性；通过ab面内和面间的磁输运行为研究，探讨二维和界面的输运局域，以及界面应变对晶体场中电子3d轨道态和自旋态的效应；
3. 搭建了薄膜的激光感生电压（LIV）测量系统，优化光路系统和测量电路阻抗匹配，获得真实的峰值信号和时间相应的信号测量；由LIV信号的峰值电压，进行对薄膜几何参数、激光能量密度/温度梯度的归一化，首次获得国内外数据可比的信号响应率；
在NaxCoO2薄膜中获得了0.017~1.24Vcm2/mJ 信号响应率，YBa2Cu3O7-δ薄膜为1.86 Vcm2/mJ.
4. 由热传导模型和信号响应率推导出Seebeck张量在ab面和c轴的各向异性∆S=Sab-Sc；获得NaxCoO2 体系ΔS(=Sab-Sc)为0.83~60.8μV/K, 探讨了它们的横向热电机制、温差扩散热电势和声子曳引热电势、输运各向异性以及Co3+/4+离子3d（t2g）电子轨道、自旋和电荷有序关联的物理机制，及其光热探测方面的应用；
5. 在La1-xSrxCoO3体系薄膜中实现了上升延为7ns的超快响应，探讨了LIV信号响应速度的电导率和热导率的机理，获得<10ns超快响应器件；
6．首次在氧化物织构多晶块材中实现激光感生电压效应。
7. 近三年发表SCI论文11篇，Ei论文3篇，器件原型3类，申请发明专利4项。
● 项目负责人虞澜简介
固定电话：0871-65109952（材料学院） 传真:0871-65107922（材料学院）
手机：18987169597 E-mail：yulan000@hotmail.com
民主建国会会员，昆明理工大学 “热（光）电薄膜材料及器件”学科团队负责人
2004年-2008年，德国马普固体物理研究所（Max-Planck Institute for Solid State
Research,Stuttgart,Germany)进行博士论文的实验和研究，完成“physical research of
novel thermoelectric films sensor”。
● 附图：
图1. 薄膜和元件照片
图2. 平直和倾斜SrTiO3衬底上NaxCoO2薄膜的XRD
图3 NaxCoO2/STO的HRTEM和AFM照片
图4 NaxCoO2薄膜和YBa2Cu3O7-δ薄膜面内“L”型两个方向的电阻率-温度曲线
图5 激光感生电压测量系统
图6 NaxCoO2薄膜和YBa2Cu3O7-δ薄膜的两个阻抗下LIV信号
图7 La1-xSrxCoO3(x=0~1)体系薄膜的LIV信号
图8 Lao.5Sr0.5CoO3薄膜超快响应LIV信号的上升沿~激光穿透深度