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yexuqing木蟲(chóng)之王 (文學(xué)泰斗)
太陽(yáng)系系主任
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研究發(fā)現(xiàn)超帶隙透明導(dǎo)體
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2025-06-06 來(lái)源： 物理研究所【字體：大 中 小】語(yǔ)音播報(bào) 透明導(dǎo)體因兼具導(dǎo)電性與透明性，廣泛應(yīng)用于觸控屏、太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管、電致變色及透明顯示等光電器件，成為現(xiàn)代信息與能源技術(shù)中不可或缺的材料。目前，主流透明導(dǎo)體來(lái)源于摻雜如半導(dǎo)體或絕緣體等原本透明的帶隙材料，摻雜過(guò)程以犧牲部分透明性來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性。因此，導(dǎo)電性與透光性之間相互制衡。為突破這一局限，此前有研究提出無(wú)需摻雜的本征透明導(dǎo)體概念，即通過(guò)特殊的金屬能帶結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)理想透明。但目前，其尚未在實(shí)際材料中被發(fā)現(xiàn)。 近日，中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員陸凌團(tuán)隊(duì)在一類(lèi)有機(jī)電荷轉(zhuǎn)移鹽中首次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了本征透明金屬，并將新的透明波段起名為“超帶隙”。金屬中的超帶隙是指介于帶內(nèi)吸收和帶間吸收之間的無(wú)吸收波段，其原理和傳統(tǒng)絕緣體帶隙中沒(méi)有光學(xué)吸收的原理一致。實(shí)現(xiàn)超帶隙的特殊電子結(jié)構(gòu)需要金屬帶足夠孤立，且金屬帶帶寬小于費(fèi)米面與其他占據(jù)態(tài)和非占據(jù)態(tài)之間的能量差，使帶內(nèi)躍遷引起的吸收可被金屬帶帶寬截?cái)�。同時(shí)，此帶內(nèi)吸收的截?cái)嗄芰啃∮趲чg吸收的起始能量，進(jìn)而打開(kāi)超帶隙。 為尋找超帶隙金屬，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)了一類(lèi)已知有機(jī)導(dǎo)體 (TMTTF)2X可符合超帶隙條件，并用電化學(xué)結(jié)晶生長(zhǎng)了樣品。研究表明，塊體單晶在預(yù)言的超帶隙波段展現(xiàn)出顯著的透明窗口，其范圍從可見(jiàn)紅光至近紅外，且在30微米厚度下能夠透光。同時(shí)，其最低光學(xué)損耗（介電函數(shù)虛部）約為0.01，這一數(shù)值在已知化學(xué)計(jì)量比金屬中最低，與商用透明導(dǎo)電氧化物薄膜（ITO）持平，且其色散與反射均低于ITO。 這一研究首次在實(shí)驗(yàn)上將電子導(dǎo)電性與光學(xué)透明性結(jié)合于本征固體材料中，開(kāi)辟了通過(guò)超帶隙實(shí)現(xiàn)透明導(dǎo)電的新路徑。 相關(guān)研究成果以Hyper-gap transparent conductor為題，發(fā)表在《自然-材料》（Nature Materials）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和中國(guó)科學(xué)院的支持。 論文鏈接 超帶隙透明導(dǎo)體的理論原理、材料預(yù)言和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn) 責(zé)任編輯：閆文藝 |
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