[图]科学家利用应变梯度提高光电材料转换效率

2021年06月23日 14:15 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

光电材料拥有非常广阔的应用前景,科学家利用其能够将电能和光能互相转换的特性,用于发光、能量手机和传感技术等方面。然而,由这些材料制成的设备往往存在效率低下的问题,在转换过程中会有大量能量变成热能而消失。为了打破目前的效率限制,就需要新的光-电转换原理。

许多表现出高效光电特性的材料受到反转对称性的限制,这种物理特性限制了工程师对材料中电子的控制,也限制了他们设计新型或高效设备的选择。在 2021 年 6 月 17 日发表在《Nature Nanotechnology》上的研究中,来自伦斯勒理工学院材料科学与工程系副教授施健(Jian Shi,音译)领导的一个材料科学家和工程师团队,利用应变梯度来打破这种反转对称性,在有前途的材料二硫化钼(MoS2)中首次创造了一种新的光电现象。

为了打破反转对称性,研究小组将一根氧化钒(VO2)线放在了 MoS2 片材的下面。施表示,二硫化钼是一种灵活的材料,因此它变形了它的原始形状,以遵循二氧化钒线的曲线,在其晶格内形成一个梯度。想象一下,如果你把一张纸放在坐在桌子上的铅笔上,会发生什么。纸张中产生的不同张力就像 MoS2 晶格中形成的应变梯度。

施说,这种梯度打破了材料的反转对称性,并允许在晶体内移动的电子被操纵。在应变梯度附近观察到的独特的光反应允许电流流过该材料。这被称为柔性光电效应,它可以被用来设计新颖和/或高效的光电子学。

施说:“这是在这种材料中首次展示这种效应。如果我们有一个在光-电转换过程中不产生热量的解决方案,那么电子设备或电路可以得到改善”。氧化钒对温度非常敏感,因此该团队还能够证明柔性光电效应在MoS2和VO2材料相遇的部位带来温度依赖性--相应地改变晶格的梯度。

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