Автор AZoNano 18 июня 2021 г.

Оптоэлектронные материалы, способные преобразовывать энергию света в электричество и электричество в свет, имеют многообещающие применения в качестве технологий излучения света, сбора энергии и датчиков.

Однако устройства, изготовленные из этих материалов, часто страдают от неэффективности, теряя значительную полезную энергию в виде тепла. Чтобы преодолеть нынешние пределы эффективности, необходимы новые принципы преобразования света в электричество.

Например, многие материалы, демонстрирующие эффективные оптоэлектронные свойства, ограничены инверсионной симметрией, физическим свойством, которое ограничивает возможности инженеров контролировать электроны в материале и их возможности для разработки новых или эффективных устройств. В исследовании, опубликованном сегодня в Nature Nanotechnology группа ученых-материаловедов и инженеров под руководством Цзянь Ши, доцента материаловедения и инженерии Политехнического института Ренсселера, использовала градиент деформации, чтобы сломать эту инверсию. симметрии, создавая новое оптоэлектронное явление в многообещающем материале дисульфид молибдена (MoS ₂ ) – впервые.

Чтобы нарушить инверсионную симметрию, команда поместила проволоку из оксида ванадия (VO ₂ ) под лист MoS ₂ . Ши сказал, что дисульфид молибдена является гибким материалом, поэтому он деформировал свою первоначальную форму, следуя кривой провода VO ₂ создавая градиент внутри своей кристаллической решетки. Представьте, что произойдет, если вы положите лист бумаги на карандаш, лежащий на столе. Различное натяжение, создаваемое в бумаге, похоже на градиент деформации, образованный в решетке MoS ₂ .

Этот градиент, сказал Ши, нарушает инверсионную симметрию материала и позволяет управлять электронами, перемещающимися внутри кристалла. Уникальный фотоотклик, наблюдаемый вблизи градиента деформации, позволяет току течь через материал. Он известен как флексо-фотоэлектрический эффект, и его можно использовать для разработки новой и / или высокоэффективной оптоэлектроники.

«Это первая демонстрация такого эффекта в этом материале», – сказал Ши. «Если у нас есть решение, которое не выделяет тепло во время преобразования фотона в электричество, то электронные устройства или схемы можно было бы улучшить».

Оксид ванадия очень чувствителен к температуре, поэтому команда также смогла продемонстрировать, что флексо-фотоэлектрический эффект вызвал температурную зависимость в том месте, где MoS ₂ и VO ₂ ] материалы встречаются, соответственно меняя градиент решетки.

«Это открытие предлагает новый принцип, который может быть использован для дистанционного теплового зондирования», – сказал Цзе Цзян, научный сотрудник лаборатории Ши, получивший докторскую степень, и первый автор этой статьи.

То, что команда смогла продемонстрировать здесь, сказал Ши, не только показывает большие перспективы для этого материала, но также предполагает возможность использования такого подхода в разработке других материалов с благоприятными оптоэлектронными свойствами, которые страдают от инверсионной симметрии.

Источник: http://www.rpi.edu