改变二维半导体对称性可以释放它的希望

Rensselaer 小组展示了如何利用柔印光伏效应来设计新颖和/或高效的光电器件

光电材料能够将光能转化为电能，电能转化为光能，在发光、能量收集和传感技术等方面具有广阔的应用前景。然而，由这些材料制成的器件经常受到效率低下的困扰，会以热量的形式损失大量有用的能量。为了打破目前的效率极限，需要新的光电转换原理。

例如，许多表现出高效光电特性的材料受到反演对称性的限制，这是一种物理特性，限制了工程师对材料中电子的控制以及他们设计新颖或高效器件的选择。在《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology） 发表的一项研究中，由美国伦斯勒理工学院材料科学与工程副教授Jian Shi 领导的材料科学家和工程师团队使用应变梯度来打破这种逆对称性，创造了一个有前途的材料 MoS₂ 中的新型光电现象——这是第一次。

为了打破反转对称性，该团队在一片 MoS₂ 下方放置了一根氧化钒 (VO₂) 线。 Shi 说，MoS₂ 是柔性的，因此它会按照 VO₂线的曲线变形其原始形状，在其晶格内产生梯度。想象一下，如果你把一张纸放在桌上的一支铅笔上会发生什么。纸张中产生的变化张力就像在 MoS₂晶格中形成的应变梯度。

Shi说，这种梯度打破了材料的反转对称性，并允许操纵在晶体内传播的电子。在应变梯度附近观察到的独特光响应允许电流流过材料。它被称为柔印光伏效应，可用于设计新颖和/或高效的光电器件。

“这是在这种材料中首次证明这种效应，” Shi说。 “如果我们有一种在光子电转换过程中不会产生热量的解决方案，那么电子器件或电路就可以得到改进。”

VO₂ 对温度非常敏感，因此该团队还能够证明柔印光伏效应在 MoS₂ 和 VO₂材料相遇的位置带来了温度依赖性——相应地改变了晶格的梯度。

“这一发现提出了一种可用于遥感热传感的新原理，”Shi实验室的博士后研究员、本文的第一作者Jie Jiang说。

Shi 说，该团队能够在这里展示的内容不仅显示了这种材料的巨大前景，而且还表明了使用这种方法设计其他具有良好光电特性但受逆对称性困扰的材料的潜力。

参考资料

'Flexo-photovoltaic effect in MoS₂ ' by Jie Jiang et al; Nature Nanotechnology 17th June (2021)