The perovskite oxides ReNiO3 (Re = rare-earth elements) are promising functional materials due to their strongly correlated electrons. Except for the well-known intrinsic metal-insulating transition in these materials, recent progresses have proved that protonation of ReNiO3 can bring about interesting Mott transition in this series. To date, in these protonated species (H-ReNiO3), huge resistance switching, fast ionic diffusion, and their applications as an iontronic transistor, memristor, and fuel cell are reported. In this work, the thermal conductivities of H-ReNiO3 (Re = La, Nd, Sm, and Eu) epitaxial thin films are investigated. The protonation-induced Mott transition can effectively modulate the electronic thermal conductivity while the lattice thermal conductance is less affected. Hence, at room temperature, the metallic LaNiO3 and NdNiO3 exhibit reversible wide thermal conductivity modulation, in ranges of 2.6–12.0 and 1.6–8.0 W m−1 K−1, respectively. These values are much larger than other thermal regulation materials based on transition metal oxides. Thus, our work reveals the great potential of ReNiO3 being applied as a thermal-regulating material. The fast ionic diffusion in H-ReNiO3 also guarantees that a fast response and wide-range thermal transistor can be realized by H-LaNiO3 and H-NdNiO3 in the future.

1.
E.
Morosan
,
D.
Natelson
,
A. H.
Nevidomskyy
, and
Q.
Si
,
Adv. Mater.
24
,
4896
4923
(
2012
).
2.
J. B.
Torrance
,
P.
Lacorre
,
A. I.
Nazzal
,
E. J.
Ansaldo
, and
Ch.
Niedermayer
,
Phys. Rev. B
45
,
8209
8212
(
1992
).
3.
S.
Das
,
A.
Chen
, and
M.
Marinella
, “Beyond CMOS,” 2021
IEEE International Roadmap for Devices and Systems Outbriefs, Santa Clara, CA, USA
(IEEE, 2021), pp.
1
129
.
4.
Z.
Zhang
,
D.
Schwanz
,
B.
Narayanan
,
M.
Kotiuga
,
J. A.
Dura
,
M.
Cherukara
,
H.
Zhou
,
J. W.
Freeland
,
J.
Li
,
R.
Sutarto
,
F.
He
,
C.
Wu
,
J.
Zhu
,
Y.
Sun
,
K.
Ramadoss
,
S. S.
Nonnenmann
,
N.
Yu
,
R.
Comin
,
K. M.
Rabe
,
S. K. R. S.
Sankaranarayanan
, and
S.
Ramanathan
,
Nature
553
,
68
72
(
2018
).
5.
J.
Shi
,
Y.
Zhou
, and
S.
Ramanathan
,
Nat. Commun.
5
,
4860
(
2014
).
6.
Y.
Zhou
,
X.
Guan
,
H.
Zhou
,
K.
Ramadoss
,
S.
Adam
,
H.
Liu
,
S.
Lee
,
J.
Shi
,
M.
Tsuchiya
,
D. D.
Fong
, and
S.
Ramanathan
,
Nature
534
,
231
234
(
2016
).
7.
Y.
Taniguchi
,
H.-B.
Li
,
K.
Shimoyama
,
A. N.
Hattori
, and
H.
Tanaka
,
Appl. Phys. Lett.
122
,
263502
(
2023
).
8.
K.
Ramadoss
,
F.
Zuo
,
Y.
Sun
,
Z.
Zhang
,
J.
Lin
,
U.
Bhaskar
,
S.
Shin
,
M. A.
Alam
,
S.
Guha
,
D.
Weinstein
, and
S.
Ramanathan
,
IEEE Electron Device Lett.
39
,
1500
1503
(
2018
).
9.
Q.
Lu
,
S.
Huberman
,
H.
Zhang
,
Q.
Song
,
J.
Wang
,
G.
Vardar
,
A.
Hunt
,
I.
Waluyo
,
G.
Chen
, and
B.
Yildiz
,
Nat. Mater.
19
,
655
662
(
2020
).
10.
Q.
Yang
,
H. J.
Cho
,
Z.
Bian
,
M.
Yoshimura
,
J.
Lee
,
H.
Jeen
,
J.
Lin
,
J.
Wei
,
B.
Feng
,
Y.
Ikuhara
, and
H.
Ohta
,
Adv. Func. Mater.
33
,
2214939
(
2023
).
11.
Y.
Zhang
,
W. M.
Postiglione
,
R.
Xie
,
C.
Zhang
,
H.
Zhou
,
V.
Chaturvedi
,
K.
Heltemes
,
H.
Zhou
,
T.
Feng
,
C.
Leighton
, and
X.
Wang
,
Nat. Commun.
14
,
2626
(
2023
).
12.
S.
Ning
,
S. C.
Huberman
,
Z.
Ding
,
H.-H.
Nahm
,
Y.-H.
Kim
,
H.-S.
Kim
,
G.
Chen
, and
C. A.
Ross
,
Adv. Mater.
31
,
1903738
(
2019
).
13.
N.
Lu
,
P.
Zhang
,
Q.
Zhang
,
R.
Qiao
,
Q.
He
,
H.-B.
Li
,
Y.
Wang
,
J.
Guo
,
D.
Zhang
,
Z.
Duan
,
Z.
Li
,
M.
Wang
,
S.
Yang
,
M.
Yan
,
E.
Arenholz
,
S.
Zhou
,
W.
Yang
,
L.
Gu
,
C.-W.
Nan
,
J.
Wu
,
Y.
Tokura
, and
P.
Yu
,
Nature
546
,
124
128
(
2017
).
14.
I.
Matsuzawa
,
T.
Ozawa
,
Y.
Nishiya
,
U.
Sidik
,
A. N.
Hattori
,
H.
Tanaka
, and
K.
Fukutani
,
Phys. Rev. Mater.
7
,
085003
(
2023
).
15.
D.
Kan
,
T.
Hatano
,
A.
Abe
,
H.
Ikuta
, and
Y.
Shimakawa
,
Appl. Phys. Lett.
117
,
231602
(
2020
).
16.
S.
Heo
,
C.
Oh
,
J.
Son
, and
H. M.
Jang
,
Sci. Rep.
7
,
4681
(
2017
).
17.
S.
Catalano
,
M.
Giber
,
V.
Bisogni
,
O. E.
Peil
,
F.
He
,
R.
Sutarto
,
M.
Viret
,
P.
Zubko
,
R.
Scherwitzl
,
A.
Georges
,
G. A.
Sawatzky
,
T.
Schmitt
, and
J.-M.
Triscone
,
APL Mater.
2
,
116110
(
2014
).
18.
D.
Meyers
,
S.
Middey
,
M.
Kareev
,
M.
van Veenendaal
,
E. J.
Moon
,
B. A.
Gray
,
J.
Liu
,
J. W.
Freeland
, and
J.
Chakhalian
,
Phys. Rev. B
88
,
075116
(
2013
).
19.
H. J.
Cho
,
G.
Kim
,
T.
Onozato
,
H.
Jeen
, and
H.
Ohta
,
Int. J. Heat Mass Transfer
137
,
263
267
(
2019
).
20.
H. J.
Cho
,
B.
Feng
,
T.
Onozato
,
M.
Wei
,
A. V.
Sanchela
,
Y.
Ikuhara
, and
H.
Ohta
,
Phys. Rev. Mater.
3
,
094601
(
2019
).
21.
Y.
Takashima
,
Y.-Q.
Zhang
,
J.
Wei
,
B.
Feng
,
Y.
Ikuhara
,
H. J.
Cho
, and
H.
Ohta
,
J. Mater. Chem. A
9
,
274
280
(
2021
).
22.
F.
Krahl
,
Y.
Wu
,
H. J.
Cho
,
M.
Karppinen
, and
H.
Ohta
,
Adv. Electron. Mater.
6
,
2000404
(
2020
).
23.
G.
Kim
,
B.
Feng
,
Y.-M.
Sheu
,
H. J.
Cho
,
Y.
Ikuhara
, and
H.
Ohta
,
ACS Appl. Electron. Mater.
2
,
2507
2513
(
2020
).
24.
H. J.
Cho
,
Y.
Wu
,
Y.-Q.
Zhang
,
B.
Feng
,
M.
Mikami
,
W.
Shin
,
Y.
Ikuhara
,
Y.-M.
Sheu
,
K.
Saito
, and
H.
Ohta
,
Adv. Mater. Interfaces
8
,
2001932
(
2021
).
25.
X.
Zhang
,
Y.
Zhang
,
L.
Wu
,
A.
Tsuruta
,
M.
Mikami
,
H. J.
Cho
, and
H.
Ohta
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
14
,
33355
33360
(
2022
).
26.
Z.
Bian
,
Q.
Yang
,
M.
Yoshimura
,
H. J.
Cho
,
J.
Lee
,
H.
Jeen
,
T.
Endo
,
Y.
Matsuo
, and
H.
Ohta
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
15
,
23512
23517
(
2023
).
27.
M.
Yoshimura
,
Q.
Yang
,
Z.
Bian
, and
H.
Ohta
,
ACS Appl. Electron. Mater.
5
,
4233
4239
(
2023
).
28.
K.
Yamauchi
and
I.
Hamada
,
Phys. Rev. B
108
,
045108
(
2023
).
29.
H. S.
Choe
,
J.
Li
,
W.
Zheng
,
J.
Lee
,
J.
Suh
,
F. I.
Allen
,
H.
Liu
,
H.-J.
Choi
,
W.
Walukiewicz
,
H.
Zheng
, and
J.
Wu
,
Appl. Phys. Lett.
114
,
152101
(
2019
).
30.
J. J.
Martin
and
G. S.
Dixon
,
Phys. Status Solidi B
54
,
707
712
(
1972
).
31.
F.
Serrano-Sánchez
,
J. L.
Martínez
,
F.
Fauth
, and
J. A.
Alonso
,
Dalton Trans.
50
,
7085
7093
(
2021
).
32.
M.
Namba
,
H.
Takatsu
,
R.
Mikita
,
Y.
Sijia
,
K.
Murayama
,
H.-B.
Li
,
R.
Terada
,
C.
Tassel
,
H.
Ubukata
,
M.
Ochi
,
R.
Saez-Puche
,
E. P.
Latasa
,
N.
Ishimatsu
,
D.
Shiga
,
H.
Kumigashira
,
K.
Kinjo
,
S.
Kitagawa
,
K.
Ishida
,
T.
Terashima
,
K.
Fujita
,
T.
Mashiko
,
K.
Yanagisawa
,
K.
Kimoto
, and
H.
Kageyama
,
J. Am. Chem. Soc.
145
,
21807
21816
(
2023
).
33.
J.
Cho
,
M. D.
Losego
,
H. G.
Zhang
,
H.
Kim
,
J.
Zuo
,
I.
Petrov
,
D. G.
Cahill
, and
P. V.
Braun
,
Nat. Commun.
5
,
4035
(
2014
).
34.
S.
Ning
,
S. C.
Huberman
,
C.
Zhang
,
Z.
Zhang
,
G.
Chen
, and
C. A.
Ross
,
Phys. Rev. Appl.
8
,
054049
(
2017
).
35.
E.
Langenberg
,
D.
Saha
,
M. E.
Holtz
,
J.-J.
Wang
,
D.
Bugallo
,
E.
Ferreiro-Vila
,
H.
Paik
,
I.
Hanke
,
S.
Ganschow
,
D. A.
Muller
,
L.-Q.
Chen
,
G.
Catalan
,
N.
Domingo
,
J.
Malen
,
D. G.
Schlom
, and
F.
Rivadulla
,
Nano Lett.
19
,
7901
7907
(
2019
).
36.
B. M.
Foley
,
M.
Wallace
,
J. T.
Gaskins
,
E. A.
Paisley
,
R. L.
Johnson-Wilke
,
J.-W.
Kim
,
P. J.
Ryan
,
S.
Trolier-McKinstry
,
P. E.
Hopkins
, and
J. F.
Ihlefeld
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
10
,
25493
25501
(
2018
).
37.
G.
Wei
,
L.
Wei
,
D.
Wang
,
Y.
Tian
,
Y.
Chen
,
S.
Yan
,
L.
Mei
, and
J.
Jiao
,
RSC Adv.
7
,
2644
2649
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.