中國粉體網(wǎng)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(xiàn)代社會的滲透已經(jīng)無孔不入,。上天入地，包括窺探遙遠(yuǎn)星系,，地球測繪,，能源轉(zhuǎn)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(gòu)架異質(zhì)架構(gòu)，從來實現(xiàn)與眾不同的功能,，已經(jīng)成為這一領(lǐng)域的研究熱點,。

近幾年，二維材料比如MoS2等表現(xiàn)出來了良好的光學(xué)和電學(xué)性能,，為光電器件的研究打開了新的領(lǐng)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(dú)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(bǔ)，互惠互利,，以此獲得新型功能和現(xiàn)象,。從另外一個角度看，每種二維材料可以“獨(dú)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(zhì)材料”,，或者“范德華固體”（van der Waals solids）。已發(fā)現(xiàn)的異質(zhì)材料,，包括 MoSe2-WSe2以及異質(zhì)結(jié)中的超長壽命層間激子,， graphene-WS2以及異質(zhì)結(jié)的強(qiáng)光與物質(zhì)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(zhì)結(jié)構(gòu)如隧穿晶體管（Tunnel field-effect transistor），二極管等也開始涌現(xiàn),，在光電器件領(lǐng)域攪動風(fēng)云,。   

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

基于這種思路,，新加坡南洋理工大學(xué)劉政團(tuán)隊近年對2D/3D無機(jī)/有機(jī)異質(zhì)結(jié)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,，包括MoS2/Rubrene PN異質(zhì)結(jié)（Advanced Functional Materials, DOI: 10.1002/adfm.201502316），2D/Organic Perovskite異質(zhì)結(jié)（Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.201503367）,。在這些工作的基礎(chǔ)上,，進(jìn)一步設(shè)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(jī)/無機(jī)異質(zhì)結(jié)，實現(xiàn)了優(yōu)越的光電性能,。 

黑磷是目前備受關(guān)注的二維材料之一,。黑磷具有載流子遷移率高，光學(xué)電學(xué)各項異性等特性,。其光學(xué)帶隙受層數(shù)影響,，在可見-紫外范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，有利于實現(xiàn)寬帶光電探測器件,。

鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鈦酸鍶是廣泛應(yīng)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(zhì)結(jié)也是氧化物研究領(lǐng)域的熱點，比如在鋁酸鑭和鈦酸鍶界面金屬性,、超導(dǎo)以及鐵磁性等等,。

通過與鈦酸鍶聯(lián)姻，二維黑磷的光電響應(yīng)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(zhì)結(jié)表現(xiàn)出了良好的持久光電導(dǎo)現(xiàn)象,，在低溫50K時觀測不到明顯弛豫現(xiàn)象。并且這種架構(gòu)可以通過不同的波長實現(xiàn)開關(guān)效應(yīng)：當(dāng)紫外光照射時,，異質(zhì)結(jié)電導(dǎo)顯著下降,；而在紅光照射下，電導(dǎo)開始增加,，最終恢復(fù)到紫外光照之前的水平,。光電導(dǎo)的開光比可以達(dá)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(yùn)模型對這一實驗結(jié)果現(xiàn)象進(jìn)行很好的解釋,。 黑磷-鈦酸鍶異質(zhì)結(jié)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(jié)合的研究打開了新思路。