近期，我院胡季帆教授团队在氧化物材料物性的电场调控研究中取得系列进展，相关成果分别发表在ACS Nano、J. Mater. Chem. C、Appl. Phys. Lett.等期刊上。

进展一：胡季帆教授团队在外延生长的W₃O_8−δ/(La,Sr)MnO₃高质量氧化物异质结中，通过离子液体电场实现了W₃O_8−δ绝缘体-金属相变的可逆调控，进而在金属态W₃O_8−δ/LSMO异质结中观察到了电荷-自旋流的高效转换和自旋轨道矩驱动的磁化翻转。实验和理论研究共同发现在异质结中引入应变可以显著地改变自旋轨道矩效率，其中面内压应变可以导致Mn和W的面外d轨道的择优占据，提高异质结中d电子能带交叠，有效增强了W₃O_8−δ的自旋霍尔效应和W₃O_8−δ/LSMO界面的Rashba-Edelstein效应。该工作实现了电场对自旋轨道矩的可逆操控，并建立了轨道占据状态与自旋轨道矩强度之间的关系，为获得高效自旋电子学材料与器件提供了新的思路。相关工作以“Manipulation of spin-orbit torque in tungsten oxide/manganite heterostructure by ionic liquid gating and orbit engineering”为题发表于ACS nano期刊（2023, 17, 23626−23636），刘伟康博士和刘亮博士为文章共同一作，崔彬和胡季帆教授为文章共同通讯。郑州大学程少博教授、物理学院秦宏伟教授、成彬博士为文章合作者。

进展二：多感官人工突触在生物仿生学和人工智能领域具有广阔的应用前景。胡季帆教授团队在Fe₃O₄/graphene晶体管中利用离子液体电场和紫外光双场的激励下实现了多感官人工突触的模拟。团队成员利用石墨烯对氢离子的筛选作用获得了离子液体电场下氢离子迁移诱导的电导率调控，并基于此模拟了人工神经突触的长、短期可塑性，构建了三层人工神经网络用来模拟图像识别的应用功能，准确率高达96.72%。另外，团队利用紫外光场和电场对电导率的双场调控，在Fe₃O₄/graphene 突触器件上进一步实现了一系列布尔逻辑运算。该工作为同时感知和处理多个物理信号的人工智能领域提供了良好的平台。相关工作以“Multisensory synapses based on Fe₃O₄/graphene transistors for neuromorphic computing”为题发表于J. Mater. Chem. C期刊（2023, 11, 7732–7739），苗停停博士、刘伟康博士、小米科技有限公司黄存刚工程师为文章共同一作，崔彬和胡季帆教授为文章共同通讯， 山东建筑大学谢继浩博士、中国空间技术研究院航空五院陈娟、物理学院成彬博士为文章合作者。

进展三：胡季帆教授团队研究了一种全固态可集成的电场调控磁性技术。在外延生长的(La,Sr)MnO₃/STO铁磁性薄膜上，覆盖一层固态电解质磷酸硅作为门电极，通过施加门电压将磷酸硅中吸附的水分子电解，随后氢离子在电场的驱动下可实现在铁磁性薄膜LSMO中可逆地嵌入与抽取，进而获得对LSMO磁矩、磁电阻和磁相互作用的可逆与非易失性调控。该工作为阐明基于离子迁移的电场调控磁性提供了帮助，同时也为低能耗电控磁器件的应用提供了一种全固态可集成的方法。相关工作以“All-solid integratable device of electric field control of magnetism based on hydrogen ion migration in La_1-xSr_xMnO₃”为题发表于Appl. Phys. Lett.期刊（2023, 123, 122407），刘伟康博士为文章第一作者，胡季帆教授为文章通讯作者。崔彬教授、成彬博士和刘亮博士为文章合作者。

以上工作得到国家自然科学基金、国家海外高层次青年人才计划、天美双胞胎与母三飞齐鲁青年学者配套经费、山东省自然科学基金以及山东省博士后科学基金的支持。另外感谢天美双胞胎与母三飞公共技术平台和上海同步辐射光源的基础设施和技术的支持。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c06686

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/TC/D3TC00687E

https://pubs.aip.org/aip/apl/article/123/12/122407/2912061/All-solid-integratable-device-of-electric-field