近日，吉林大學超硬材料國家重點實驗室劉冰冰教授、李全軍教授團隊與北京航空航天大學杜軼教授合作，在功能材料光電特性的壓力調控方面取得進展。相關研究以“Synchronous pressure-induced enhancement in the photoresponsivity and response speed of BiOBr”為題，發表于《材料學報》(Acta Materialia 263 (2024) 119529)。

       光電探測器可以將光信號直接轉換為電信號，在光電顯示、目標跟蹤、光譜分析、光通信和安檢等領域發揮著越來越重要的作用。下一代光電探測器目前正朝著室溫工作、超高響應度、高靈敏度、快速響應和寬帶方向發展。基于層狀半導體的光電探測器雖然表現出了超高的性能，但其整體性能還不能滿足實際應用的要求。例如，石墨烯基探測器的響應時間非常快，約為50ps；然而，它們的響應度相對較低，范圍從5到10×10?9A/W。相比之下，MoS2基光探測器具有30A/W的高響應度，但其響應速度有限，通常在10到100s之間。一般通過光導效應獲得顯著的光增益通常是以犧牲響應速度為代價的。因此，一個關鍵的挑戰在于同時實現高靈敏度和快速檢測，這是滿足光電子行業需求的關鍵。

       在該研究中，劉冰冰教授研究團隊對一種具有[Bi2O2]2+基的新型層狀半導體BiOBr進行了深入的研究，發現其在高壓下呈現出異常的電子結構變化并在壓力下展現出優異的光電性質。通過施加壓力成功的實現了BiOBr光響應度和響應速度的同步提高。在約3.8GPa壓力下，BiOBr的光響應度和響應速度均有近一個數量級的顯著提升。理論計算表明，其在壓力下優異的光電性質源于壓力有效的降低了載流子的有效質量，并促進了Bi-O間的電荷轉移。這是首次在光電功能材料中通過壓力實現響應度和響應速度的同步提升。該研究提出利用壓力全面提升功能材料的光電響應特性的新思路，擴展了光電性質的調控手段，并為 設計高增益、快速響應的光電探測器提供了新的見解。

圖1. BiOBr的光響應度和響應時間的壓力依賴性

圖2. BiOBr在壓力下對頻率為1Hz，10Hz和100Hz的405nm脈沖激光的瞬態光響應。

       吉林大學超硬材料國家重點實驗室博士研究生岳磊、田夫波教授和北京航空航天大學崔丹丹講師為論文共同第一作者，通訊作者為吉林大學超硬材料國家重點實驗室的劉冰冰教授、李全軍教授和北京航空航天大學杜軼教授。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等項目的資助支持。

       論文全文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119529