应变工程精准调控电子结构：提升过渡金属氧化物微波吸收性能的新策略

《Science Bulletin》：Neat and precise tuning of electronic structures with versatile strain engineering

本文介绍了一种通过淬火引入晶格拉伸应变（strain engineering）的简洁方法，精准调控过渡金属氧化物（如Mn2.05Co0.91O4）的局域电子结构。研究表明，拉伸应变可增强Mn 3d与O 2p轨道杂化（orbital hybridization），降低Mn 3d能级并促进其分裂，从而提升电子位移极化（polarization loss）能力，使微波吸收（EMW absorption）带宽提升至7.52 GHz（较无应变样品提高1.93倍）。该物理调控策略避免了化学掺杂的副作用，为电子结构设计提供了新思路。

　　

Highlight

应变工程通过调控原子间距和轨道重叠，为局域电子结构的精准设计提供了新颖的物理方法。这种方法利用外部应变（压缩、拉伸或剪切）改变晶格参数——键长、键角和配位对称性，从而重构电子能带结构，驱动电荷重新分布，并优化极化损耗路径。例如，在LaMnO₃中，应变可调节Mn–O键长、轨道序和电荷局域化，其缺陷周围的弛豫行为取决于Mn–O键断裂的类型，进而影响d轨道能级。这种能带结构的重构改善了载流子迁移率和介电损耗，通常能将材料性能提升数倍。与化学方法不同，简洁的应变工程通过应变大小和方向可预测地精确控制轨道杂化，同时避免了异质元素或缺陷引入的杂质散射。然而，当前的应变调控方法面临两大挑战：首先，工艺复杂，例如在单晶衬底（如SrTiO₃）上进行外延生长需要超高真空环境；其次，机理认识有限，因为多物理场耦合掩盖了应变对电子结构的独立影响。此外，据我们所知，尚未有系统研究利用淬火来调控氧化物电磁波吸收体的电子结构和介电响应，且相应的晶格应变工程拓宽氧化物有效吸收带宽的机制仍知之甚少。

Experimental

详细实验和方法见补充材料。

Fabrication and strain modulation strategy

众所周知，非平衡条件倾向于诱导大量晶格应变的出现，因此我们尝试利用淬火产生非平衡条件，并在电磁波吸收体中诱导产生体缺陷应变结构（图S1在线）。前驱体样品首先通过搅拌并进行特定浓度金属盐溶液的水热反应制备，随后在马弗炉中于不同温度下退火...

Conclusion

总之，本研究介绍并验证了一种简洁、简便且多功能的应变工程策略，可精准调控过渡金属氧化物（以Mn_2.05Co_0.91O₄为例）的局域电子结构。通过淬火引入拉伸应变，我们增强了Mn 3d和O 2p轨道杂化，增加了Mn 3d轨道分裂，并诱导了不对称电荷分布，从而提升了电子位移极化。这使得电磁波吸收性能卓越，应变Mn_2.05Co_0.91O...