Nat. Nanotech.: 二维层状半导体材料中应变增强体光伏效应

近日，日本东京大学以及理化学研究所（RIKEN）的岩佐義宏（Iwasa Yoshihiro）课题组研究发现面内应变能极大的增强菱方型二硫化钼（3R-MoS₂）的体光伏效应，该现象称为压电光伏效应（Piezophotovoltaic Effect）。由于其A-B-C型的层间堆叠方式，3R-MoS₂具有不依赖层数的非中心对称性，展现出高效的非线性光学响应以及Valley电子学特征；此外，3R-MoS2具有较低的禁带宽度（~1.3 eV）以及高延展性（~10%）。这些特征使其成为研究体光伏效应以及应变调控的合适材料体系。该课题组通过将机械剥离的3R-MoS2薄片干法转移至预制的台阶式衬底上，诱导出面内应变（~0.2%）并引发面内旋转对称性破缺，诱导出沿着armchair晶体方向的面内极化。研究发现该应变调控作用能极大地增强3R-MoS₂ armchair方向上的体光伏效应。其体光伏系数随着面内应变非线性增大，增强幅度达到两个数量级以上，而且在整个太阳光谱中都显示出高效响应。该工作也预示了应变调控以及与之相关的对称性调控可有效改变二维材料的物理属性，以实现有趣的物理效应和功能。

该成果近日以“Giant Bulk Piezophotovoltaic Effect in 3R-MoS₂“为题发表在Nature Nanotechnology上，在同期的News&Views上以“Stress testing the bulk photovoltaic effect”为题予以专门报道。（https://doi.org/10.1038/s41565-022-01271-5）

第一作者为董禹（东京大学博士生）和杨明敏博士（曾任日本理化学研究所SPDR研究员和英国华威大学物理学院助理教授，现任合肥国家实验室研究员），通讯作者为岩佐義宏教授。该工作得到了东京大学Toshiya Ideue （井手上敏也），Takahiro Morimoto（森本高裕）以及理化学研究所Naoki Ogawa（小川直毅）等学者的大力支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41565-022-01252-8

杨明敏课题组简介：

杨明敏博士就职于合肥国家实验室，其课题组专注于设计和构建极性量子材料与器件，以此开发新型能量转换效应以及非线性量子输运效应，并探索这些物理在物性表征、通讯以及精密测量中的应用。代表性工作先后发表于Science、Nature、Nature Nanotechnology、Nature Communications、Advanced Materials等期刊。希望与国内外同仁开展深入广泛的合作，电子邮箱：[email protected].