随着现代信息技术向更低功耗和更高集成化的方向发展,功能氧化物材料(尤其是过渡金属氧化物)及其相应的光电器件展现出更加广泛的应用前景。过渡金属氧化物大多具有典型的强关联电子结构和金属绝缘体相变特征,其相变过程中表现出丰富的电学、光学、磁学等宏观性质以及复杂的耦合机制,因而受到了越来越多的关注。过渡金属氧化物中d轨道电子的强关联作用,使得其对外场具有十分敏锐的反馈,往往只需要施加很小的激励,就能触发其显著的金属-绝缘体相变和其他宏观性质的突变,因而具有重要的研究价值与应用前景。在这类材料中,二氧化钒和钙钛矿型稀土金属镍氧化物成为目前研究的热点。因此,本文的几个研究工作主要围绕该体系中3d轨道过渡金属氧化物的金属-绝缘体相变开展研究,并重点集中于这两个经典体系:二氧化钒(VO2)和钙钛矿型稀土镍氧化物(RNiO3,R=rare earth elements)。本论文的主要内容和取得的成果如下:(1)实现了一种基于水蒸气辅助氧化生长VO2大尺寸晶态薄膜的新方法。在实验上创新性提出了以水蒸气为温和的氧化剂,利用湿法氧化技术制备了高质量晶圆级VO2薄膜。利用同步辐射谱学和吸收谱技术对制备的VO2晶态薄膜进行了表征,结果表明该方法不仅能够获得均匀致密的纯单斜相VO2薄膜,而且非常均匀,大面积的薄膜在相变前后电阻均能够达到四个量级的跃变。基于化学反应中的吉布斯自由能计算了金属钒氧化的化学反应路径,证实了水蒸气可以作为一种温和氧化剂来实现VO2薄膜的高效制备。(2)通过一种“自上而下”湿法减薄的新策略,实现VO2薄膜厚度和应力的有效调控。实验中利用分子束外延技术在单晶TiO2(001)衬底上生长了高质量的具有显著应变作用的VO2单晶外延薄膜。利用湿法刻蚀技术对这种具有显著界面应力的VO2/TiO2薄膜进行了刻蚀处理。结果表明随着刻蚀的进行,界面应力会逐步弛豫,从而得到具有应变释放的超薄VO2薄膜。利用同步辐射X射线衍射倒易空间成像技术深入研究了这种刻蚀过程中的应力释放过程,探索了调控强应力体系VO2/TiO2外延薄膜界面应力的新途径。(3)通过在金属-酸溶液中利用电子-质子协同掺杂效应,在室温下实现了对不同晶面取向的NdNiO3薄膜的可控掺氢。并发现不同晶面对掺氢浓度有着直接的影响。利用第一性原理计算得到了氢掺杂后NdNiO3的能带和态密度,并计算了氢原子在不同晶面的扩散势垒,合理的解释了实验观测结果。这种室温下的电子-质子协同掺杂方法为钙钛矿型RNiO3氧化物体系提供了一种简单的氢化方法。有利于推动钙钛矿型RNiO3器件应用。