北大量子材料中心太阳能“漏斗”研究获进展

据北京大学物理学院报道，北大量子材料科学中心的冯济教授在近期提出通过设计应变分布构造所谓的太阳能漏斗结构，这为太阳能采集和光电能量转换供应了全新的视角。这一工作已发表在《自然光子学》杂志上。

传统的材料所能承受的拉伸弹性应变通常不会超过0.2%。最近出现的一类新型低维材料，如石墨烯，单层二硫化钼等，能够承受巨大的弹性拉伸。冯济及其合作者考虑如何运用弹性应变为材料带来前所未有的性能。他们设想让探针顶压悬浮的弹性薄膜，构造出一个不均匀的应变场。弹性应变在微观上对应的是化学键的拉伸或者压缩，改变材料中电子（或者载流子）的能量分布。通过不均匀的应变分布构造一个对载流子有效的电场。假如在一个器件中实现应力集中，即能实现通过应力场来集中载流子。这就好像一个载流子漏斗。冯济及其合作者提出的器件的几何形状也正好是漏斗形（如图所示）。

作为概念演示，冯济与合作者针对其选择的量子材料单层二硫化钼开展数值模拟。并结合经典分子动力学计算出顶压下的单层二硫化钼的应变分布，演示了这一设计的可行性。应变和应变场对材料的许多性能在量子层面具有深刻影响。冯济的工作展示了非均匀应变场在调控载流子方面的独特能力。

太阳能漏斗示意图，图片来自：哥伦比亚大学ArendvanderZande博士和JamesHone教授

北大物理系称这项工作是与MIT材料系和核工程系的李巨教授、钱晓峰博士和Cheng-WeiHuang合作完成的，受到我国自然科学基金委、973计划、美国NSF及空军等机构的资助。