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福建物构所杂化光铁电半导体宽光谱波段的自驱动探测取得新进展
更新日期:2021-01-22  

光铁电体的宽光谱自驱动探测

  铁电材料在强光作用下孕育了很多独特且优异的物理性质。就铁电和光电耦合而言,具有光伏效应的铁电材料在光电子领域展现了广泛的应用前景,并逐渐发展成为新一代光电子器件的有力候选者。然而大多数传统无机铁电体拥有较宽的带隙,仅能吸收8-20%范围的可见光,例如传统的无机陶瓷铁电体, BaTiO3 (-3.2 eV)LiNbO3 (-3.6 eV)BiFeO3 (-2.7 eV) Pb(Zr, Ti)O3 (-3.6 eV)具有窄带隙(Eg < 2.0 eV)的铁电材料仍然非常稀缺,这严重阻碍了铁电与光电耦合的实际应用。

  中科院福建物构所结构化学国家重点实验室无机光电功能晶体材料罗军华研究员团队聚焦光与铁电材料的相互作用,发展了系列具有优良半导体特性的光铁电体材料。最近团队在国家自然科学基金重点项目、国家杰出青年基金、中科院基础前沿0-1原始创新项目、中科院战略性先导专项和孙志华研究员主持的国家自然科学基金委优秀青年基金等项目资助下,发展了一例具有窄带隙的二维多层杂化钙钛矿光铁电半导体。该光铁电体拥有5.2 μC/ cm2自发极化以及1.8 eV的直接窄带隙。他们结合了铁电极化特性和优良的半导体性能,在其晶体学bc平面内获得了明显的面内铁电光伏效应。利用该铁电光伏效应,他们开发了面向宽光谱波段的自驱动探测器,获得了1.5 μA/cm2 的电流密度及高达105量级的光电开关比。这项工作扩展了新概念的光电器件应用,并为光-铁电材料的设计提供了新思路

  相关研究结果最近以通讯的形式发表在《自然通讯》(Nature Communications 2021, 12, 284)上。孙志华研究员为该论文的共同通讯作者,第一作者为国科大博士研究生韩世国。 

  论文文章链接: https://www.nature.com/articles/s41467-020-20530-4

(罗军华课题组供稿)