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具有鐵電半導(dǎo)體光電效應(yīng)的晶體材料研究獲進(jìn)展

具有非中心對稱結(jié)構(gòu)的極性光電功能晶體材料以自發(fā)極化為基礎(chǔ)，表現(xiàn)出優(yōu)異的非線性光學(xué)、壓電、熱釋電和鐵電等光電性能。但只有結(jié)晶在10種極性點(diǎn)群的化合物才能夠產(chǎn)生極化效應(yīng)，如何創(chuàng)新極性光電功能晶體材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用基元協(xié)同實現(xiàn)偶極矩的排列一致，并在宏觀上組裝具有強(qiáng)極化特性的化合物來獲得具有優(yōu)異光電性能的晶體材料成為該領(lǐng)域的重要科學(xué)問題。

中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點(diǎn)實驗室和中科院光電材料化學(xué)與物理重點(diǎn)實驗室研究員羅軍華領(lǐng)導(dǎo)的無機(jī)光電功能晶體材料研究團(tuán)隊，在國家杰出青年基金、海西研究院“團(tuán)隊百人”研究員孫志華主持的“春苗人才”專項和福建省杰出青年基金等項目資助下，提出了固體相變對稱性破缺誘導(dǎo)極化效應(yīng)的策略，構(gòu)筑了系列新穎的極性光電功能晶體材料。最近，該團(tuán)隊立足于固體相變對稱性破缺誘導(dǎo)極化效應(yīng)的設(shè)計策略，獲得一例具有類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電晶體材料。相變過程中陽離子沿極軸方向取向一致、與金屬骨架協(xié)同產(chǎn)生強(qiáng)極化效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)：在光照條件下，晶體表現(xiàn)出各向異性的半導(dǎo)體光電特征。沿金屬骨架層的二維延伸方向產(chǎn)生顯著溫度依賴性的光伏電壓和光伏電流，垂直方向則表現(xiàn)出明顯的光電導(dǎo)特性；進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)分析揭示該材料的鐵電極化效應(yīng)對其光電性能起到了決定性作用，相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。該鐵電半導(dǎo)體光電晶體材料的成功制備將有力拓展無機(jī)/有機(jī)雜化的類鈣鈦礦材料在光伏太陽能、光電探測等方面的潛在應(yīng)用。

此前，在前期探索晶體材料結(jié)構(gòu)相變機(jī)制的基礎(chǔ)上，利用固體相變過程對稱性破缺誘導(dǎo)產(chǎn)生極化效應(yīng)，發(fā)展了一種構(gòu)建固體倍頻開關(guān)晶體材料的新方法；并率先將該策略拓展到塑性相變材料體系，獲得了超高開關(guān)比的倍頻開關(guān)晶體材料；同時獲得具有鐵電自發(fā)極化的晶體材料，并成功將鐵電晶體材料應(yīng)用于高靈敏的熱釋電探測。

另外此前團(tuán)隊還利用BO3、PO4功能基元化學(xué)調(diào)控合成非中心對稱結(jié)構(gòu)化合物，獲得了系列紫外、深紫外非線性光學(xué)晶體材料，包括發(fā)展了系列無層狀習(xí)性的無鈹硼酸鹽深紫外非線性光學(xué)晶體材料和拓展了磷酸鹽深紫外非線性光學(xué)晶體材料。

來源：中國科學(xué)院