Revealing the Anisotropy in Protonation-Induced Electronic Phase Transitions of Rare-Earth Nickelates within a Marine Environment

质子化 各向异性 电场 化学物理 凝聚态物理 材料科学 相变 相(物质) 纳米技术 化学 物理 光学 有机化学 离子 量子力学
作者
Haifan Li,Yuzhao Wang,Haiyan Li,Fengbo Yan,Binghui Ge,Jie Zhang,Nuofu Chen,Jikun Chen
出处
期刊:ACS applied electronic materials [American Chemical Society]
卷期号:4 (10): 4873-4880 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsaelm.2c00804
摘要

Although the discovery of the electrochemical protonation-induced electronic phase transition of rare-earth nickelates (ReNiO3) enables potential application in sensing the ocean electric field that simulates the working principle of the ampullary organ of marine animals, whether such a functionality is anisotropic is previously overlooked. Herein, we demonstrate the anisotropy in the protonation-induced electronic phase transition in ReNiO3 (Re = Sm, Nd, and Eu) thin films as electrochemically triggered in an ocean environment. A larger elevation in the material resistivity triggered by an electric field within an ocean environment is observed for ReNiO3/LaAlO3(110), compared to ReNiO3/LaAlO3(001) and ReNiO3/LaAlO3(111). This is attributed to the orientation-related in-plane oxygen atomic density that results in more effective in-plane proton diffusion along the adjacent oxygen position, as further confirmed by the electrochemical cyclic voltammetry characterization. In addition, the larger activation energy associated to the anisotropic in-plane electronic structures of ReNiO3/LaAlO3(110) is also expected to promote the formation of electron-localized orbital configurations upon hydrogenation. As demonstrated, anisotropy sheds light on another possibility that can be further introduced to regulate the protonation-induced electronic phase transition properties of ReNiO3 for its potential applications such as ocean electric field sensing or biosensing.

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