拓扑绝缘体展示了柔性透明电极的承诺

由10纳米厚的硫化铋薄膜制成的微电路阵列

可以弯曲由硫化铋的10纳米厚的硫化铋膜,一种称为拓扑绝缘体的异种材料的微电路阵列可以弯曲,而不会损坏其电性能。照片由北京大学海林鹏。

拓扑绝缘体,如硒化铋片,是透明、柔韧和高导电性的超薄材料片。SLAC国家加速器实验室的科学家们正在研究硒化铋和其他拓扑绝缘体,用于未来的应用,如太阳能电池的电极、传感器和光通信设备。

一个国际科学家队的斯坦福根和斯坦福根的科学家队表明,即使在深深弯曲1000次并像一张纸时折叠和褶皱,甚至在折叠和褶皱之后,外来物质的超薄薄片也仍然是透明和高度导电的。

这种被称为拓扑绝缘体的不寻常材料的研究结果将为其首次实际应用打开方便之门:用于太阳能电池、传感器和光通信设备的柔韧透明电极。

SLAC和斯坦福材料与能源科学研究所(SIMES)的沈智勋说:“既透明又耐用的好导体是罕见的。”

由沉,中锋刘和北京大学北京大学彭林鹏领导的研究人员和英国牛津大学的玉林陈发表了他们的成绩化学性质yabovip2021。直到最近,彭和陈是斯坦福和斯坦斯的研究生和博士后研究人员。他们继续与沉的研究团队合作,在他们目前的大学被任命为教授后。

硒化铋的基本结构单元是一个五层夹心结构

硒化铋的基本结构单元是由硒(橙色)和铋(紫色)的交替单原子片组成的五层三明治。随着制定更厚的样品,单位彼此堆叠。与传统的电子电路不同,单位之间的硒 - 硒键弱,允许整体材料持久地弯曲而不会损坏。北京大学海林鹏的形象。

研究人员制作并测试了一种化合物的样品,其中含有铋和硒,每一种都只有一个原子厚,交替形成五层单位。各单元之间的连接较弱,使得整体材料可以弯曲,同时保持其耐久性。作为一种拓扑绝缘体(量子物质的一种新状态),这种材料只在其表面导电,而其内部保持绝缘,这是一种出乎意料的特性,在基础研究和实际应用中具有未知的潜力。

由于表面原子占据硒化铋的结构,因此是一种非常好的电导体 - 与金一样好。然而,与黄金不同,硒化铋对红外灯透明,我们认为是热量的。虽然大约一半的太阳能击中地球以红外线的形式出现,但今天的很少有太阳能电池都能够收集它。大多数细胞表面上的透明电极太脆弱或不透明或不够透明。新材料可能会绕过该问题,并允许细胞收集更多太阳的波长光谱。

研究人员的实验还表明,硒化铋在潮湿的环境中或在制造中常见的氧气处理下不会显著降解。

“除了科学的成功外,”陈说,“这一示范应该提醒工程师和公司,拓扑绝缘体也可能是重要的。”

彭补充道,“红外光脉冲通过光纤网络携带电话和数据,因此硒化铋可用于通信设备。这种材料还可以改善科学设备和航空航天系统中共同的红外传感器。“

Peng和同事在中国制作了硒化铋样品,并进行了弯曲、电导率和透明度测试。研究人员证实,这些样品是斯坦福同步辐射光源的束流线5-4中的拓扑绝缘体。

理论学家在2004年首次提出了拓扑绝缘体,两年后,实验人员在非常低的温度下使用碲化汞做了第一个例子。在理论的指导下,陈、沈和同事们在2009年证明了更便宜、更丰富、更容易处理的碲化铋和类似的含有锑和硒的化合物在室温下是拓扑绝缘体。同样在2009年,Peng, Shen和同事们发现了硒化铋纳米带的重要导电行为。

图片来源:彭海林,北京大学

3评论在“拓扑绝缘体展示承诺作为灵活,透明电极”

  1. 有没有更便宜的拓扑绝缘体可以用于覆盖硬表面?

  2. 我正在寻找一个没有导电表面的拓扑绝缘体,但是一直通过并透明地呈现。

  3. 好吧,我绝对喜欢学习它。您提供的此技巧对正确的规划非常有用。

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