南方科技大学发现边缘嵌入结构中的体光伏效应

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研究示意图。南方科技大学供图

南方科技大学电子与电气工程系助理教授陈晓龙课题组在基于范德华层状材料的边缘嵌入结构中发现了体光伏效应（BPVE）。近日，相关成果发表于《自然·通讯》。

高效地将光转化为电能是生态友好型能源收集的核心，然而基于p-n结内置电场等的传统光伏效应效率逐渐达到理论极限。BPVE是材料晶格反转对称性破坏而产生的一种内禀二阶非线性光学效应，由于它不依赖于外部电场或热梯度，因此可以突破这种效率极限。

虽然大多数范德华材料都具有晶格反转对称性，但材料边缘周期性结构被打破，有望实现较强的BPVE。然而，对于大多数范德华材料而言，纳米边缘的BPVE要么可以忽略不计，要么与外部效应无法区分。

该研究中，科研人员通过构建低对称性、准一维、边缘嵌入的范德华同质或异质结构，发现了强烈的BPVE。边缘嵌入结构的物理性质不同于块体结构，因为该局部区域存在准一维的边缘态和应变。

与以往的研究相比，该研究有两个创新点。第一，提出的边缘嵌入结构可能有数千种配置，可方便地使用各种范德华层状材料构建。第二，对称性分析表明，BPVE诱导的光电流在左右边缘嵌入结构处具有相反的极性，而非本征光伏效应诱导的光电流具有相同的极性。因此，从左右边缘的几何对称性上，能区分BPVE本征光电流和非本征光电流。

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