近日，我院交叉科学研究团队在强关联氧化物Ti2O3研究中取得新进展，研究成果分别以“Ultra-flat and long-lived plasmons in a strongly correlated oxide”和“Recent Progress on Titanium Sesquioxide: Fabrication, Properties, and Applications”为题发表在国际知名期刊Nature Communications和Advanced Functional Materials 上，山东大学物理学院为第一作者单位和唯一通讯作者单位。
（1）“Ultra-flat and long-lived plasmons in a strongly correlated oxide”
等离激元是凝聚态物理中最重要的元激发之一， 它是由于库伦相互作用引起的材料中电子的集体震荡行为。在长波极限下，由能带内电子激发产生的等离激元，其频率通常依赖于波矢。例如，二维电子气的频率—波矢色散关系为 ωp∝√q。最近，平等离激元（即无色散）由于其奇特的物理特性引起了人们的研究兴趣。平等离激元在实空间中可以表现为慢的且局域的等离激元波包，从而可应用于电子结构探测，并有助于新型的时间分辨的等离激元成像技术的实现。然而，对于已被报道的平等离激元，其传播的波矢通常较小（q <0.7 Å-1）, 并且仅局限在二维材料体系中。
本文通过实验结合理论计算，在三维强关联氧化物α-Ti2O3单晶样品中发现超平（∆ωp <40 meV）的等离激元，并且该等离激元能传播到极大波矢（q > 1.2 Å-1）。分析表明，这种超平的等离激元特性起源于α-Ti2O3中强关联效应引起的平能带结构（费米能级附近）。由于电子波函数对称性引起的跃迁禁止使得其等离激元不被朗道衰减，从而使得其等离激元可以传播到极大波矢，优异于其他已报道的材料。该工作发表于Nature Communications 13, 4662 (2022)。2019级博士生高涵和2021级博士生丁超为论文第一作者，李洋洋教授和赵明文教授为通讯作者。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-32359-0
（2）“Recent Progress on Titanium Sesquioxide: Fabrication, Properties, and Applications”
Ti2O3由于其独特的物理性质和功能应用受得了大家的广泛关注。其中Ti3+具有一个未配对的3d1电子(半满的3d轨道)，而且其3d电子之间的库伦相互作用不容忽视，使其在室温打开了一个~0.1 eV左右的带隙，成为典型的强关联莫特绝缘体（Mott insulator）体系。相反，被大家熟知的TiO2中Ti 3d轨道全空，与全满的O 2p轨道组成了其能带的导带底和价带顶，且之间具有~3.2 eV的带隙，使其成为一种典型的宽禁带半导体（Semiconductor）。Ti2O3与TiO2电子结构的差异，造就了他们迥异的物理性质，包括电学、光学、磁学等等。材料性质的不同，使它们具有了不同的功能应用。
近日，李洋洋教授课题组从Ti2O3的合成、晶体结构、电子结构、物理性质和功能应用等方面进行了综述报道，这是该材料合成100年以来的第一篇综述文章。下图整理了自1921年Ti2O3合成以来，重要研究节点的发展时间线。Ti2O3凭借其超窄的带隙（0.1 eV）呈现出广阔的吸光范围（UV-Mid infrared）和高效的光热转换效率，在光热领域（光热水蒸发、光热脱氢和光热肿瘤治疗）、光探测领域和能量转换存储领域（电催化固氮、电催化产氢、锂离子电池）都具有巨大的应用潜力。
该工作作为 Ti2O3 材料合成百年来的第一篇综述，为该材料之后的进一步发展提供了全面的指导和研究思路。成果近期发表于Advanced Functional Materials 32, 2203491 (2022)。李洋洋教授为论文的第一作者和唯一通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202203491
以上研究得到了山东大学齐鲁青年学者项目的大力支持。李洋洋教授长期专注于强关联氧化物Ti2O3的（量子）物理特性和功能应用的研究，取得了多项特色研究成果(Nat. Commun. 13, 4662 (2022); Nat. Commun. 10, 3149 (2019); Nat. Commun. 9, 4299 (2018); Adv. Mater. 33, 2008528 (2021); Adv. Mater. 29, 1603730 (2017); Adv. Funct. Mater. 32, 2203491 (2022); Adv. Funct. Mater. 3228, 1705657 (2018); NPG Asia Mater. 10, 522-532 (2018); Chem. Mater. 30, 4383 (2018) )。
