由波士頓學(xué)院一組研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組2019年3月在《自然材料》上報(bào)告表示，最近發(fā)現(xiàn)的威爾半金屬砷化鉭具有巨大的體積光電效應(yīng)，該材料是所有材料中將光轉(zhuǎn)化為電的固有轉(zhuǎn)換量最大的。砷化鉭具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，與DNA類(lèi)似，電子可以通過(guò)其手性分離。這一發(fā)現(xiàn)可能為光致高效發(fā)電和熱/化學(xué)傳感的研究提供一條新途徑。
論文作者、波士頓大學(xué)物理學(xué)副教授Kenneth Burch表示：威爾半金屬鉭砷化物具有很強(qiáng)的體積光生伏打效應(yīng)，其產(chǎn)生的固有或非線(xiàn)性電流幾乎是以往的10倍。此外，這是在中紅外條件下實(shí)現(xiàn)的，意味著鉭砷化物也可以用于化學(xué)或熱感測(cè)，以及余熱回收。一般情況下，光電轉(zhuǎn)換是通過(guò)在半導(dǎo)體中創(chuàng)造一個(gè)內(nèi)置電場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。整個(gè)過(guò)程涉及化學(xué)調(diào)制。這導(dǎo)致潛在效率存在上限，即Shockley-Queisser效率極限。
Burch等采用的方法是利用材料中電子的旋向性，通過(guò)光波的非線(xiàn)性混合產(chǎn)生直流電。這種方法產(chǎn)生的電流較小，實(shí)際用處不大。但研究人員意識(shí)到它與電子的拓?fù)湫再|(zhì)密切相關(guān)。這促使Burch等作出預(yù)測(cè)：在威爾半金屬中，電子獨(dú)特的、類(lèi)似DNA的行為可能產(chǎn)生巨大的非線(xiàn)性效應(yīng)。
研究人員聚焦于威爾半金屬是否是符合預(yù)期的材料。最終，被一種新制造方法導(dǎo)致的巨大電子效應(yīng)所震驚，效應(yīng)規(guī)模比預(yù)期大得多。麻省理工學(xué)院之前的研究發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)主要是熱反應(yīng)。聚焦離子束制造的設(shè)備和對(duì)稱(chēng)性使在室溫條件下發(fā)現(xiàn)了巨大的體積光生伏打效應(yīng)。目前，Burch等正在努力找到這種效應(yīng)的“最佳點(diǎn)”，尤其是確定理想的器件設(shè)置和光波長(zhǎng)。
(張玉蕾 摘編自 科技工作者)