北京大学等实现手性及极化可控的一维半导体条带阵列精准原子制造
2024/06/17
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图 手性及极化可控的一维半导体条带阵列的“全同”制备及其自发光电流集成输出
在国家自然科学基金项目（批准号：52025023、52322205、52250398）等资助下，北京大学刘开辉、中国人民大学刘灿、中国科学院魏钟鸣和丁峰等人合作，在二硫化钨（WS2）条带阵列精准原子制造方面取得进展，相关成果以“具有可控手性与相干极性的二硫化钨条带阵列（WS2 ribbon arrays with defined chirality and coherent polarity）”为题，于2024年6月6日在线发表于《科学》（Science）。论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn9476。
探索新机理光伏器件对于研发更高效率、更多功能的太阳能光电转换系统具有重要意义。一维过渡金属硫族化合物因其高可见光吸收率、低结构对称性等特性，被认为是构筑新型体光伏器件的理想材料体系。然而，实现自发光电流的规模化收集对于一维结构制备要求严苛：首先，单个一维结构需具备稳定可观的自发光电流生成；其次，不同一维结构间的手性结构及极化方向需保持严格一致，从而保证集成器件的整体光电流相干增强；同时，高密度排布的平行一维阵列是高效能量收集及转化的集成芯片制造前提。迄今为止，原子级精准的一维结构制造（包含宏观排列、手性结构、极化方向）尚无法实现。
该研究团队提出了一种“多重界面耦合原子制造”新策略，首次实现兼具特定手性结构（包括扶手椅型、之字型及其他手性结构）及相干极化方向的二硫化钨半导体条带阵列的“全同”控制制造。通过系统研究手性结构与体光伏效应的对应关系，实现1000余根扶手椅型条带阵列的自发光电流集成输出。
该成果为复杂结构一维材料体系提供了原子水平精准结构定制策略，有望推动自驱动光电探测及新机理太阳光伏等领域的技术发展。
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