具有鐵電半導體光電效應的晶體材料研究獲進(jìn)展

　　具有非中心對稱(chēng)結構的極性光電功能晶體材料以自發(fā)極化為基礎，表現出優(yōu)異的非線(xiàn)性光學(xué)、壓電、熱釋電和鐵電等光電性能。但只有結晶在10種極性點(diǎn)群的化合物才能夠產(chǎn)生極化效應，如何創(chuàng )新極性光電功能晶體材料的結構設計，利用基元協(xié)同實(shí)現偶極矩的排列一致、并在宏觀(guān)上組裝具有強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。

　　中國科學(xué)院福建物質(zhì)結構研究所結構化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室和中科院光電材料化學(xué)與物理重點(diǎn)實(shí)驗室研究員羅軍華領(lǐng)導的無(wú)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(zhuān)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(chēng)性破缺誘導極化效應的策略，構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(chēng)性破缺誘導極化效應的設計策略，獲得一例具有類(lèi)鈣鈦礦結構的鐵電晶體材料。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)生強極化效應。研究發(fā)現：在光照條件下，晶體表現出各向異性的半導體光電特征。沿金屬骨架層的二維延伸方向產(chǎn)生顯著(zhù)溫度依賴(lài)性的光伏電壓和光伏電流，垂直方向則表現出明顯的光電導特性;進(jìn)一步的結構分析揭示該材料的鐵電極化效應對其光電性能起到了決定性作用，相關(guān)研究結果發(fā)表在《德國應用化學(xué)》(Angew. Chem., Int. Ed., 2016, DOI:10.1002/anie.201601933)上。該鐵電半導體光電晶體材料的成功制備將有力拓展無(wú)機/有機雜化的類(lèi)鈣鈦礦材料在光伏太陽(yáng)能、光電探測等方面的潛在應用。

　　此前，在前期探索晶體材料結構相變機制的基礎上(Adv. Fuct. Mater., 2012, 22, 4855)，利用固體相變過(guò)程對稱(chēng)性破缺誘導產(chǎn)生極化效應，發(fā)展了一種構建固體倍頻開(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(xué)調控合成非中心對稱(chēng)結構化合物，獲得了系列紫外、深紫外非線(xiàn)性光學(xué)晶體材料，包括發(fā)展了系列無(wú)層狀習性的無(wú)鈹硼酸鹽深紫外非線(xiàn)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(xiàn)性光學(xué)晶體材料(J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 8560; Angew. Chem., Int. Ed., 2015, 54, 4217)。