研究揭示在边缘嵌入结构中的体光伏效应

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近日，南方科技大学电子与电气工程系陈晓龙助理教授课题组在《自然—通讯》上发表研究成果，研究团队在基于范德华层状材料的边缘嵌入结构中发现了体光伏效应（Bulk Photovoltaic Effect, BPVE）。

研究示意图 南科大供图

高效地将光转化为电能是生态友好型能源收集的核心，然而基于p-n结内置电场等传统光伏效应其效率逐渐达到理论极限。体光伏效应是材料晶格反转对称性破坏而产生的一种内禀二阶非线性光学效应，由于它不依赖于外部电场或热梯度，因此可以克服这种效率极限。

范德华(van der Waals，vdW)层状材料具有低维、种类丰富、柔韧性好等特点，为体光伏效应的研究提供了一个理想的平台。虽然大多数范德华材料都具有晶格反转对称性，但材料边缘周期性结构被打破，有望实现较强的体光伏效应现象。然而，对于大多数范德华材料，包括MoS2和ReS2，纳米边缘的体光伏效应要么可以忽略不计，要么与外部效应无法区分。

该研究中，科研人员通过构建低对称性、准一维、边缘嵌入的范德华同质或异质结构，在其中发现了强烈的体光伏效应。边缘嵌入结构的物理性质不同于块体结构，因为该局部区域存在准一维的边缘态和应变。与以往的研究相比，该研究有两个创新点：首先，该研究所提出的边缘嵌入式结构可能有数千种配置，因此可以方便地使用各种范德华层状材料来构建，种类繁多的边缘嵌入范德华结构为物理和器件工程提供了有潜力的平台。其次，对称性分析表明，体光伏效应诱导的光电流在左右边缘嵌入结构处具有相反的极性，而非本征光伏效应诱导的光电流具有相同的极性。因此，左右边缘的几何对称性，使得能够区分体光伏效应本征光电流和非本征的光电流。