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南开团队首次在磷烯体系中实现强的体光伏效应
来源: 南开大学新闻网发稿时间:2024-05-13 10:43

  南开新闻网讯(通讯员 程丹)近日,南开大学刘智波、田建国教授团队与西安交通大学张锦英团队合作在应变二维材料光电研究领域取得重要进展,通过氮化硼纳米边缘施加应变,成功诱导了紫磷烯纳米片中强的挠曲光伏效应。相关成果以“二维紫磷烯纳米片中应变促进的强挠曲光伏效应 (Strain-Prompted Giant Flexo-Photovoltaic Effect in Two-Dimensional Violet Phosphorene Nanosheets)”为题,发表在国际顶级期刊《美国化学学会纳米杂志》(ACS Nano) 上。

  光电探测器是光电技术领域的核心组件,传统的硅基光电探测器面临着尺寸缩小和性能提升的挑战,而二维材料的出现为克服这一难题提供了新的思路。近年来,人们将目光转向应变二维材料的光电性能研究,通过应变工程可以有效调控二维材料的晶格和能带结构,从而获得新颖的光电特性。体光伏效应是一种不受肖克利-奎瑟极限约束的自发光电效应,可通过单一非中心对称材料的均匀照射产生光电流。通过应变工程,可以在柔性二维材料中实现。这一策略已成功应MoS2等二维材料体系,为光电器件的设计提供了新思路,有望突破传统光电转换效率的限制。然而,基于应变磷烯系统的相关研究仍然缺乏。

图1.氮化硼纳米边缘紫磷的层压变形和单轴应变引起的挠曲光伏效应。

  刘智波、田建国教授团队和张锦英教授团队通过在氮化硼纳米边缘施加的应变工程,成功诱导了紫磷中强的挠曲光伏效应。研究团队发现这一特殊的体光伏效应源于对紫磷施加的单轴应变导致的反演对称性破坏,并通过对厚度依赖的光光电响应研究证实了紫磷中挠曲光伏效应与应变梯度之间的关系。通过系统优化氮化硼高度和紫磷厚度,研究团队实现了高达1.3×10-3V-1的体光伏系数和21.6的偏振消光比,为目前体光伏材料中报道的最大偏振消光比。这一研究结果揭示了低维材料中挠曲光伏效应与应变梯度之间的关系,并激发了对二维材料应变工程中光电子现象的进一步探索,将很好的促进二维材料在光电探测领域中的应用。

图2. 紫磷器件的偏振相关挠曲光伏效应光电流和性能对比。

  南开大学博士研究生孙若轩和胡帧为共同第一作者,刘智波教授、张锦英教授为共同通讯作者,南开大学物理科学学院为论文第一完成单位。该工作得到了国家自然科学基金项目等资助。

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.4c02821

编辑:闫瑾

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