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(duì)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(jì)，利用基元協(xié)同實(shí)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(lái)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(wèn)題。

　　中國(guó)科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中科院光電材料化學(xué)與物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員羅軍華領(lǐng)導(dǎo)的無(wú)機(jī)光電功能晶體材料研究團(tuán)隊(duì)，在國(guó)家杰出青年基金、海西研究院“團(tuán)隊(duì)百人”研究員孫志華主持的“春苗人才”專項(xiàng)和福建省杰出青年基金等項(xiàng)目資助下，提出了固體相變對(duì)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(duì)立足于固體相變對(duì)稱性破缺誘導(dǎo)極化效應(yīng)的設(shè)計(jì)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(guò)程中陽(yáng)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(duì)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(guó)應(yīng)用化學(xué)》(Angew. Chem., Int. Ed., 2016, DOI:10.1002/anie.201601933)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(wú)機(jī)/有機(jī)雜化的類鈣鈦礦材料在光伏太陽(yáng)能、光電探測(cè)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(Adv. Fuct. Mater., 2012, 22, 4855)，利用固體相變過(guò)程對(duì)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(kāi)關(guān)晶體材料的新方法(Adv. Mater., 2013, 25, 4159，Chem. Mater., 2015, 27, 4493);并率先將該策略拓展到塑性相變材料體系，獲得了超高開(kāi)關(guān)比的倍頻開(kāi)關(guān)晶體材料(J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 15560);同時(shí)獲得具有鐵電自發(fā)極化的晶體材料(Angew. Chem., Int. Ed., 2012, 51, 3871)，并成功將鐵電晶體材料應(yīng)用于高靈敏的熱釋電探測(cè)(Adv. Mater., 2015, 27, 4795)。

　　另外此前團(tuán)隊(duì)還利用BO3、PO4功能基元化學(xué)調(diào)控合成非中心對(duì)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(wú)層狀習(xí)性的無(wú)鈹硼酸鹽深紫外非線性光學(xué)晶體材料(J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 2961;J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 2207;Nat. Commun., 2014, 5, 4019)和拓展了磷酸鹽深紫外非線性光學(xué)晶體材料(J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 8560; Angew. Chem., Int. Ed., 2015, 54, 4217)。