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女同 91 浙大【Science】半赫斯勒窄带半导体材料的压电效应

发布日期:2025-07-01 00:16    点击次数:173

女同 91 浙大【Science】半赫斯勒窄带半导体材料的压电效应

压电换能工夫可杀青机械能与电能之间的径直调度,平凡期骗于传感、声学、成像、入手和能量收集等范畴。以往压电材料的商讨主要齐集于具有宽禁带(Eg > 2.0 eV)和低电导率的陶瓷或单晶材料中。与之相对,窄禁带(Eg < 1.0 eV)半导体材料频繁具有较高电导率女同 91,这不利于灵验电荷积贮酿成沉静电压反映。因此,窄禁带半导体材料的压电效应鲜有实践商讨。

半赫斯勒(half-Heusler)材料是一个眷属成员宽绰、电子结构丰富的材料体系,在热电、磁性、拓扑绝缘体、自旋电子、超导、催化等范畴受到了平凡热心。2012年,好意思国科学院院士David Vanderbilt与共事通过第一性旨趣盘算预言半赫斯勒窄带半导体材料具有压电后劲,并提议通过助长高质地单晶有望从实践上测出该体系的压电所有[Phys. Rev. Lett. 109, 037602 (2012)]。昔日十余年,络续有表面盘算责任发表,援助Vanderbilt等东谈主筹商半赫斯勒体系压电效应的瞻望。然则,由于其窄禁带特质以及本征错误存在,半赫斯勒材料的室温电导率可达103~105 S/m,比传统压电陶瓷卓越十余个数目级,这使得径直不雅测其压电反映濒临着迫切实践挑战。此外,以往半赫斯勒体系的商讨频繁聚焦多晶材料开展,高质地单晶助长商讨较少。迄今为止,外洋上尚无半赫斯勒窄带半导体材料压电效应的实践报谈。

浙江大学朱铁军讲明团队在半赫斯勒材料热电效应商讨方面有着近二十年的教化积贮。连年来,团队在半赫斯材料的高质地单晶助长也不断赢得碎裂,这为开展半赫斯勒材料压电效应商讨奠定了精采的基础。近日,团队初次不雅察到TiNiSn、ZrNiSn、TiCoSb三种半赫斯勒窄禁带半导体材料的压电效应,制备了基于TiCoSb-[111]切型晶片的原型压电器件,该器件在不同外加应力条款下均展现出沉静的电压反映并杀青了为电容器充电的期骗演示。此外,半赫斯勒材料的压电反映在室温至1173K范畴内保合手沉静。这些欺压标明半赫斯勒窄带半导体材料在压电范畴具有潜在期骗远景。相干商讨遵循以《Piezoelectricity in Half-Heusler Narrow Bandgap Semiconductors》为题于2025年3月14日在线发表于外洋学术期刊《科学》。浙江大学为论文的第一通信单元,浙江大学材料科学与工程学院朱铁军讲明、付曙光商讨员和黄玉辉副讲明为论文的共同通信作家,博士后黄奕为该论文的第一作家,博士商讨生吕福和韩屾为共同第一作家,该责任的协作家有西安交通大学李飞讲明和南京大学吴迪讲明。

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为了测定压电所有,团队最初制备了TiNiSn, ZrNiSn和TiCoSb的[111]切型晶片。通过准静态压电常数测试设施得到[111]切型晶片的垂直压电应变常数,再把柄剪切压电应变所有d14与[111]切型晶片垂直压电应变常数的31/2倍数关系,初次从在实践上细目了TiNiSn, ZrNiSn和TiCoSb的剪切压电应变所有d14永诀约为8 pC/N、38 pC/N和33 pC/N。其中,ZrNiSn和TiCoSb单晶的剪切压电所有在非中心对称、非极性压电材料中属于较高数值,高于SiO2GaSb等宽禁带压电材料。团队研发了基于TiCoSb- [111]切型晶片的压电器件,该器件在不同施力大小和合手续时间下展现出了沉静的电压反映,且约略合手续为电容器充电。此外,团队发现半赫斯勒材料在室温至1173K范畴内阐明出精采的热沉静性,其压电反映也在该温区保合手沉静。这些欺压标明半赫斯勒窄带半导体材料在压电范畴具有潜在期骗远景。值得矜重的是,窄带半导体的压电效应机制发源可能不同于离子位移型的传统压电材料,该实践发现可能为新式压电材料瞎想及换能工夫提供新的念念路。此外,窄带半导体频繁具有较为显赫的光电、热电等效应,这为确立压电-光电、压电-热电等多功能效应协同的电子器件提供了新的可能。

图1:半赫斯勒TiNiSn, ZrNiSn和TiCoSb [111]切型晶片的压电所有

图2:基于半赫斯勒TiCoSb [111]切型晶片制备的压电器件过头期骗展示

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上述责任得到了国度要点研发野心、国度当然科学基金委、硅及先进半导体材料寰宇要点实践室、浙江省当然科学基金委和中央高校基本科研业务费专项资金的共同资助女同 91,也得到了上海同步放射光源线站的援助。



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