中國粉體網訊  “你是光，你是電,，你是唯一的神話,。”正如歌詞所唱,，光電材料與器件對現代社會的滲透已經無孔不入,。上天入地，包括窺探遙遠星系,，地球測繪,，能源轉換存儲，監(jiān)控心率,，全息存儲等等,，不一而足，無不依賴光電器件,。利用新型材料,，構架異質架構，從來實現與眾不同的功能,，已經成為這一領域的研究熱點,。

近幾年，二維材料比如MoS2等表現出來了良好的光學和電學性能,，為光電器件的研究打開了新的領域,，一方面由于二維材料本為“天賦異稟”，在原子厚度,，可以為體塊材料為不為,，另外一方面，二維材料本身是個自由主義者,，可以獨立存在,，不同材料可以像積木般堆疊,，使得不同材料優(yōu)勢互補，互惠互利,，以此獲得新型功能和現象,。從另外一個角度看，每種二維材料可以“獨立成章”（free standing）,，將二維材料裝訂一起,，便可以講述一個動人的故事。以這種方法得到的材料,，也叫做“異質材料”,，或者“范德華固體”（van der Waals solids）。已發(fā)現的異質材料,，包括 MoSe2-WSe2以及異質結中的超長壽命層間激子,， graphene-WS2以及異質結的強光與物質相互作用，等等,。隨著二維材料的飛速發(fā)展,，全新的二維異質結構如隧穿晶體管（Tunnel field-effect transistor），二極管等也開始涌現,，在光電器件領域攪動風云,。   

也正是由于二維材料的“特立獨行”，將其與傳統(tǒng)的三維材料如有機小分子單晶,，氧化物材料等相結合,，形成混合維度范德華異質結，變得觸手可及,。這種異質結,，雖然在質量上，較傳統(tǒng)外延生長的異質結構相比,，可能有所不及,，但是在便利性以及靈活性上獨具優(yōu)勢，因為不同材料間的結合不需要考慮晶格的匹配,，直接通過范德華力進行結合,。

基于這種思路，新加坡南洋理工大學劉政團隊近年對2D/3D無機/有機異質結進行了系統(tǒng)的研究,，包括MoS2/Rubrene PN異質結（Advanced Functional Materials, DOI: 10.1002/adfm.201502316）,，2D/Organic Perovskite異質結（Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.201503367）。在這些工作的基礎上,，進一步設計出基于二維材料（黑磷,，black phosphorus）和三維過渡金屬氧化物（鈦酸鍶, SrTiO3）的2D/3D無機/無機異質結，實現了優(yōu)越的光電性能,。 

黑磷是目前備受關注的二維材料之一,。黑磷具有載流子遷移率高，光學電學各項異性等特性,。其光學帶隙受層數影響,，在可見-紫外范圍內調節(jié)，有利于實現寬帶光電探測器件,。

鈣鈦礦結構的鈦酸鍶是廣泛應用于氧化物薄膜生長的襯底材料,，基于鈦酸鍶的氧化物異質結也是氧化物研究領域的熱點，比如在鋁酸鑭和鈦酸鍶界面金屬性,、超導以及鐵磁性等等,。

通過與鈦酸鍶聯姻，二維黑磷的光電響應度得到了極大的提高,比之前報道提高了五個量級,。同時黑磷-鈦酸鍶異質結表現出了良好的持久光電導現象,，在低溫50K時觀測不到明顯弛豫現象。并且這種架構可以通過不同的波長實現開關效應：當紫外光照射時,，異質結電導顯著下降,；而在紅光照射下，電導開始增加,，最終恢復到紫外光照之前的水平,。光電導的開光比可以達到105量級。

最后作者利用基于黑磷-鈦酸鍶界面的光生載流子輸運模型對這一實驗結果現象進行很好的解釋,。 黑磷-鈦酸鍶異質結不僅可以用于開發(fā)高性能光電探測以及信息存儲器件,，也為二維材料與過渡金屬氧化物結合的研究打開了新思路。