具有鐵電半導(dǎo)體光電效應(yīng)的晶體材料研究獲進展

　　具有非中心對稱結(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、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，利用基元協(xié)同實現(xiàn)偶極矩的排列一致、并在宏觀上組裝具有強極化特性的化合物來獲得具有優(yōu)異光電性能的晶體材料成為該領(lǐng)域的重要科學問題。

　　中國科學院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學國家重點實驗室和中科院光電材料化學與物理重點實驗室研究員羅軍華領(lǐng)導(dǎo)的無機光電功能晶體材料研究團隊，在國家杰出青年基金、海西研究院“團隊百人”研究員孫志華主持的“春苗人才”專項和福建省杰出青年基金等項目資助下，提出了固體相變對稱性破缺誘導(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，該團隊立足于固體相變對稱性破缺誘導(dǎo)極化效應(yīng)的設(shè)計策略，獲得一例具有類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電晶體材料。相變過程中陽離子沿極軸方向取向一致、與金屬骨架協(xié)同產(chǎn)生強極化效應(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;進一步的結(jié)構(gòu)分析揭示該材料的鐵電極化效應(yīng)對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《德國應(yīng)用化學》(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機/有機雜化的類鈣鈦礦材料在光伏太陽能、光電探測等方面的潛在應(yīng)用。

　　此前，在前期探索晶體材料結(jié)構(gòu)相變機制的基礎(chǔ)上(Adv. Fuct. Mater., 2012, 22, 4855)，利用固體相變過程對稱性破缺誘導(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，獲得了超高開關(guān)比的倍頻開關(guān)晶體材料(J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 15560);同時獲得具有鐵電自發(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(Adv. Mater., 2015, 27, 4795)。

　　另外此前團隊還利用BO3、PO4功能基元化學調(diào)控合成非中心對稱結(jié)構(gòu)化合物，獲得了系列紫外、深紫外非線性光學晶體材料，包括發(fā)展了系列無層狀習性的無鈹硼酸鹽深紫外非線性光學晶體材料(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晶體材料(J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 8560; Angew. Chem., Int. Ed., 2015, 54, 4217)。