北大量子材料中心太陽能“漏斗”研究獲進展

據北京大學物理學院報道，北大量子材料科學中心的馮濟教授在近期提出通過設計應變分布構造所謂的太陽能漏斗結構，這為太陽能采集和光電能量轉換供應了全新的視角。這一工作已發表在《自然光子學》雜志上。

傳統的材料所能承受的拉伸彈性應變通常不會超過0.2%。最近出現的一類新型低維材料，如石墨烯，單層二硫化鉬等，能夠承受巨大的彈性拉伸。馮濟及其合作者考慮要怎么樣運用彈性應變為材料帶來前所未有的性能。他們設想讓探針頂壓懸浮的彈性薄膜，構造出一個不平均的應變場。彈性應變在微觀上對應的是化學鍵的拉伸或者壓縮，改變材料中電子（或者載流子）的能量分布。通過不平均的應變分布構造一個對載流子有效的電場。倘若在一個器件中實現應力聚集，即能實現通過應力場來聚集載流子。這就猶如一個載流子漏斗。馮濟及其合作者提出的器件的幾何形狀也正好是漏斗形（如圖所示）。

作為概念演示，馮濟與合作者針對其選擇的量子材料單層二硫化鉬開展數值模擬。并結合經典分子動力學計算出頂壓下的單層二硫化鉬的應變分布，演示了這一設計的可行性。應變和應變場對材料的許多性能在量子層面具有深刻影響。馮濟的工作展示了非平均應變場在調控載流子方面的神奇能力。

太陽能漏斗示意圖，圖片來自：哥倫比亞大學ArendvanderZande博士和JamesHone教授

北大物理系稱這項工作是與MIT材料系和核工程系的李巨教授、錢曉峰博士和Cheng-WeiHuang合作完成的，受到我國自然科學基金委、973計劃、美國NSF及空軍等機構的資助。

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