Thin films of monoclinic nanostructured vanadium dioxide are notoriously difficult to produce in a selective manner. To date, post-annealing, after pulsed laser deposition (PLD), has been used to revert the crystal phase or to remove impurities, and non-glass substrates have been employed, thus reducing the efficacy of the transparency switching. Here, we overcome these limitations in PLD by optimizing a laser-ablation and deposition process through optical imaging of the laser-induced plasma. We report high quality monoclinic rutile-type vanadium dioxide (VO2) (M1) nanoparticles without post-annealing, and on a glass substrate. Our samples demonstrate a reversible metal-to-insulator transition at ∼43 °C, without any doping, paving the way to switchable transparency in optical materials at room temperature.

1.
R. J.
Morin
,
Phys. Rev. Lett.
3
,
34
(
1959
).
2.
A.
Cavalleri
,
C.
Toth
,
C. W.
Siders
,
J. A.
Squier
,
F.
Raksi
,
P.
Forget
, and
J. C.
Kieffer
,
Phys. Rev. Lett.
87
(
23
),
237401
(
2001
).
3.
T. D.
Manning
,
I. P.
Parkin
,
R. J. H.
Clark
,
D.
Sheel
,
M. E.
Pemble
, and
D. J.
Vernadou
,
J. Mater. Chem.
12
,
2936
(
2002
).
4.
M.
Rini
,
A.
Cavalleri
,
W.
Schoenlein
,
R.
Lopez
,
L. C.
Feldman
,
R. F.
Haglund
, Jr.
,
L. A.
Boatner
, and
T. E.
Haynes
,
Opt. Lett.
30
,
558
(
2005
).
5.
M.
Rini
,
Z.
Hao
,
R. W.
Schoenlein
,
C.
Giannetti
,
F.
Parmigiani
,
S.
Fourmaux
,
J. C.
Kieffer
,
A.
Fujimori
,
M.
Onado
,
S.
Wall
, and
A.
Cavalleri
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
181904
(
2008
).
6.
J.
Narayan
and
V. M.
Bhosle
,
J. Appl. Phys.
100
(
10
),
103524
(
2006
).
7.
H.
Zhou
,
M. F.
Chisholm
,
T.-H.
Yang
,
S. J.
Pennycook
, and
J.
Narayan
,
J. Appl. Phys.
110
,
073515
(
2011
).
8.
B.
Lazarovits
,
K.
Kim
,
K.
Haule
, and
G.
Kotliar
,
Phys. Rev. B
81
,
115117
(
2010
).
9.
M.
Imada
,
A.
Fujimori
, and
Y.
Tokura
,
Rev. Mod. Phys.
70
,
1039
(
1998
).
10.
R.
Lopez
,
L. A.
Boatner
,
T. E.
Haynes
,
R. F.
Haglund
, Jr.
, and
L. C.
Feldman
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
5191
(
2004
).
11.
J.
Nag
and
R. F.
Haglund
, Jr.
,
J. Phys.: Condens. Matter
20
,
264016
(
2008
).
12.
U.
Schwingeschlögl
and
V.
Eyert
,
Ann. Phys.
13
(9),
475
(
2014
).
13.
S. R.
Popuri
,
A.
Artemenko
,
C.
Labrugere
,
M.
Miclau
,
A.
Villesuzanne
, and
M.
Polleti
,
J. Solid State Chem.
213
,
79
(
2014
).
14.
B. W.
Mwakikunga
,
E.
Sideras-Haddad
, and
M.
Maaza
,
Opt. Mater.
29
(
5
),
481
(
2007
).
15.
B. W.
Mwakikunga
,
A.
Forbes
,
E.
Sideras-Haddad
, and
C.
Arendse
,
Phys. Status Solid A
205
,
150
(
2008
).
16.
P. R.
Wilmott
and
J. R.
Hubert
,
Rev. Mod. Phys.
72
(
1
),
315
(
2000
).
17.
B. D.
Ngom
,
M.
Chaker
,
A.
Diallo
,
I. G.
Madiba
,
S.
Khamlich
,
N.
Manyala
,
O.
Nemraoui
,
R.
Madjoe
,
A. C.
Beye
, and
M.
Maaza
,
Acta Mater.
65
,
32
(
2014
).
18.
L.
Mathevula
,
B. D.
Ngom
,
L.
Kotsedi
,
P.
Sechogela
, and
T. B.
Doyle
,
Appl. Surf. Sci.
314
,
476
(
2014
).
19.
A.
Diallo
,
N. M.
Ndiaye
,
B. D.
Ngom
,
S.
Khamlich
,
K.
Talla
,
S.
Ndiaye
,
N.
Manyala
,
O.
Nemaraoui
,
R.
Madjoe
,
A. C.
Beye
, and
M.
Maaza
,
J. Opt.
44
(
1
),
36
(
2015
).
20.
D.
Ruzmetov
,
S. D.
Senanayake
,
V.
Narayanamurti
, and
S.
Ramanathan
,
Phys. Rev. B
77
,
195442
(
2008
).
21.
J.
Lappalainen
,
S.
Heinilehto
,
S.
Saukko
,
V.
Lantto
, and
H.
Jantunen
,
Sens. Actuators, A
142
,
250
(
2008
).
22.
D.
Ruzmetov
and
S.
Ramanathan
,
Thin Films Metal-Oxides. Fundamentals and Applications in Electronics and Energy
(
Springer
,
New York
,
2010
), p.
51
.
23.
H.
Liu
,
O.
Vasquez
,
V. R.
Santiago
,
L.
Diaz
,
A. J.
Rua
, and
F. E.
Fernandez
,
J. Electron. Mater.
34
,
491
(
2005
).
24.
S. B.
Wang
,
S. B.
Zhou
,
G.
Huang
, and
X. J.
Yi
,
Surf. Coat. Technol.
191
,
330
(
2005
).
25.
J. H.
Li
,
N. Y.
Yuan
, and
J. S.
Xie
,
Appl. Surf. Sci.
243
,
437
(
2005
).
26.
C.
Chen
,
X.
Yi
,
J.
Zhang
, and
X.
Zhao
,
Infrared Phys. Technol.
42
,
87
(
2001
).
27.
B. N.
Masina
,
S.
Lafane
,
L.
Wu
,
S.
Abdelli-Messaci
,
T.
Kerdja
, and
A.
Forbes
,
Proc. SPIE
8996
,
899615
(
2004
).
28.
B. N.
Masina
,
S.
Lafane
,
L.
Wu
,
S.
Abdelli-Messaci
,
T.
Kerdja
, and
A.
Forbes
,
Opt. Eng.
54
(
3
),
037106
(
2015
).
29.
P. E.
Dyer
,
A.
Issa
, and
P. H.
Key
,
Appl. Phys. Lett.
57
,
186
(
1990
).
30.
V.
Berardi
,
S.
Amoruso
,
N.
Spinelli
,
M.
Armenante
,
R.
Velottaa
,
F.
Fuso
,
M.
Allegrini
, and
E.
Arimonodo
,
J. Appl. Phys.
76
(
12
),
8077
(
1994
).
31.
S.
Lafane
,
T.
Kerdja
,
S.
Abdelli-Messaci
,
S.
Malek
, and
M.
Maaza
,
Appl. Phys. A.
98
,
375
(
2010
).
32.
S. S.
Harilal
,
C. V.
Bindhu
,
M. S.
Tillack
,
F.
Najmabadi
, and
A. C.
Gaeris
,
J. Appl.
93
(
5
),
2380
(
2003
).
33.
M. S.
Tillack
,
D. W.
Blair
, and
S. S.
Harilal
,
Nanotechnology
15
,
390
(
2004
).
34.
A.
Misra
and
R. K.
Thareja
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
27
(
6
),
1553
(
1999
).
35.
B. D.
Ngom
,
S.
Lafane
,
A.
Dioum
,
N.
Manyala
,
S.
Abdelli-Messaci
,
R. T.
Kerdja
,
R.
Madjoe
,
R.
Nemutudi
,
M.
Maaza
, and
A. C.
Beye
,
J. Phys. Chem. Solids
72
,
1218
(
2011
).
36.
G. H.
Geohegan
,
Thin Solid Films
220
,
138
(
1992
).
37.
H. S.
Kwok
,
H. S.
Kim
,
D. H.
Kim
,
W. P.
Shen
,
X. W.
Sun
, and
R. F.
Xiao
,
Appl. Surf. Sci.
109/110
,
595
(
1997
).
38.
H. S.
Kim
,
D. H.
Kim
, and
H. S.
Kwok
,
Appl. Phys. Lett.
61
,
2234
(
1992
).
39.
R.
Castro-Rodriguez
,
D. R.
Coronado
,
A.
Iribarren
,
B. E.
Watts
,
F.
Leccabue
, and
J. L.
Pena
,
Appl. Phys. A
81
,
1503
(
2005
).
40.
C.
Julien
,
G. A.
Nazri
, and
O.
Bergström
,
Phys. Status Solidi B
201
,
319
(
1997
).
41.
T. W.
Chiu
,
K.
Tonooka
, and
N.
Kikuchi
,
Thin Solid Films
518
,
7441
(
2010
).
42.
S.
Lafane
,
T.
Kerdja
,
S.
Abdelli-Messaci
,
Y.
Khereddine
,
M.
Kechouane
, and
O.
Nemraoui
,
Appl. Phys. A
112
,
159
(
2013
).
43.
S.
Amoruso
,
A.
Sambri
, and
X.
Wang
,
Appl. Surf. Sci.
253
,
7696
(
2007
).
44.
X.
Cao
,
N.
Wang
,
J. Y.
Law
,
S. C. J.
Loo
,
S.
Magdassi
, and
Y.
Long
,
Langmuir
30
,
1710
(
2014
).
45.
L.
Kang
,
Y.
Gao
, and
H.
Luo
,
Appl. Mater. Interfaces
1
(
10
),
2211
(
2009
).
46.
A. R.
Begishev
,
G. B.
Galiev
,
A. S.
Ignat'ev
,
V. G.
Mokerov
, and
V. G.
Poshin
,
Sov. Phys. Solid State
20
(
6
),
951
(
1978
).
47.
M.
Maaza
,
K.
Bouziane
,
J.
Maritz
,
D. S.
McLachlan
,
R.
Swanepool
,
J. M.
Frigerio
, and
M.
Every
,
Opt. Mater.
15
(
1
),
41
(
2000
).
48.
J. Y.
Suh
,
R.
Lopez
,
L. C.
Feldman
, and
R. F.
Haglund
, Jr.
,
J. Appl. Phys.
96
(
2
),
1209
(
2004
).
49.
P.
Jin
,
S.
Nakao
, and
S.
Tanemura
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B
141
,
419
(
1998
).
50.
R. A.
Aliev
,
V. N.
Andreev
, and
V. M.
Kapralova
,
Phys. Solid State
48
,
929
(
2006
).
51.
V. A.
Klimov
,
I. O.
Timofeeva
, and
S. D.
Khanin
,
Tech. Phys.
47
,
1134
(
2002
).
52.
R.
Lopez
,
T. E.
Haynes
,
L. A.
Boatner
,
L. C.
Feldman
, and
R. F.
Haglund
, Jr.
,
Phys. Rev. B
65
,
224113
(
2002
).
53.
A.
Ilinski
,
F.
Silva-Andrade
,
E.
Shandrin
, and
V.
Klimov
,
J. Non-Cryst. Solids
338–340
,
266
(
2004
).
54.
J. B.
Kana Kana
,
J. M.
Ndjaka
,
B. D.
Ngom
,
A. Y.
Fasasi
,
O.
Nemraoui
,
R.
Nemutudi
,
D.
Knoesen
, and
M.
Maaza
,
Opt. Mater.
32
,
739
(
2010
).
55.
Y.
Gao
,
S.
Wang
,
L.
Kang
,
Z.
Chen
,
J.
Du
,
X.
Liu
,
H.
Luo
, and
M.
Kanehira
,
Energy Environ. Sci.
5
,
8234
(
2012
).
56.
A. A.
Akande
,
E. C.
Linganiso
,
B. P.
Dhonge
,
K. E.
Rammutla
,
A.
Machatine
, and
B. W.
Mwakikunga
,
Mater. Chem. Phys.
151
,
206
(
2015
).
You do not currently have access to this content.