高效的光电转换:改变二维材料的对称性可以解锁它的承诺

变形MOS2

变形二硫化钼可以观察到挠性光伏效应。资料来源:蒋杰、石健

建施研究小组工程师材料进入有前途的光电。

能够将光能转化为电能、电能转化为光能的光电材料在发光、能量收集和传感技术等方面有着广阔的应用前景。然而,用这些材料制成的设备经常受到效率低下的困扰,大量有用的能量以热量的形式流失。为了打破目前的效率限制,需要新的光电转换原理。

例如,具有高效光电性质的许多材料受到反转对称的限制,物理性质限制了工程师在材料中控制电子的控制及其设计新颖或有效设备的选项。在2021年6月17日出版的研究中,自然纳米技术,一组材料科学家和工程师,由剑史,材料科学和工程学副教授伦斯勒理工学院,用应变梯度为了打破反对称性,创建一种新型光电现象有前途的材料二硫化钼(监理)——第一次。

为了打破这种反转对称,研究小组将一根氧化钒(VO2)线放在一层二硫化钼下面。二硫化钼是一种柔性材料,所以它会根据VO2线的曲线变形,在晶格内产生梯度。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。在纸中产生的不同张力类似于在MoS2晶格中形成的应变梯度。

施说,这种梯度打破了材料的逆对称,使得电子在晶体中移动可以被操纵。在应变梯度附近观察到的独特光响应允许电流流过材料。这被称为柔性光伏效应,它可以被用来设计新颖和/或高效率的光电子。

“这是第一次证明这种材料在这种材料中的效果,”石说。“如果我们在光电转换期间没有产生热量的解决方案,则可以提高电子设备或电路。”

氧化钒对温度非常敏感,因此该团队也能够证明,在MoS2和VO2材料相遇的位置,柔性光伏效应带来了温度依赖性——相应地改变晶格的梯度。

“这一发现表明了一种可以用于遥感热感测的新原理,”石兆坤实验室的博士后研究员、这篇论文的第一作者蒋洁说。

施正荣说,该团队在这里所展示的不仅显示了这种材料的巨大前景,也表明了将这种方法用于工程其他受反转对称困扰的具有良好光电特性的材料的潜力。

参考:“MOS的柔性光伏效应2“由杰江,陈晨陈,杨虎,余翔,Lifu张,王王,王王,王和剑市,1921年6月17日,自然纳米技术
DOI: 10.1038 / s41565 - 021 - 00919 - y

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