PRL: 魏苏淮教授与合作团队揭示从金属到本征透明导电体的设计新思路

B站影视 2025-01-24 15:09 2

摘要:近日,宁波东方理工大学(暂名)理学部物理学院院长、讲席教授魏苏淮联合深圳大学助理教授张鹏,通过调控电子化合物能带的对称性及其波函数的空间分布,提出了一种在金属材料中实现特定波段光学透明性的新策略。这种策略为设计非掺杂的本征透明导电体提供了一种新的思路。该成果于

近日,宁波东方理工大学(暂名)理学部物理学院院长、讲席教授魏苏淮联合深圳大学助理教授张鹏,通过调控电子化合物能带的对称性及其波函数的空间分布,提出了一种在金属材料中实现特定波段光学透明性的新策略。这种策略为设计非掺杂的本征透明导电体提供了一种新的思路。该成果于2025年1月22日以“基于对称性及空间分布禁止跃迁协同效应的本征透明导电体设计(Design of Intrinsic Transparent Conductors from a Synergetic Effect of Symmetry and Spatial-Distribution Forbidden Transitions)”为题发表在物理学顶级期刊《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett.)上。

透明导电体是一种兼具金属导电性与绝缘体透明性的特殊光电材料。传统的设计方案主要以可见光波段透明的绝缘体或宽禁带半导体(如In23)材料为基础,通过重度掺杂以实现其高导电性。然而,透明导电体中的掺杂也会带来诸如掺杂元素溶解度低、杂质能级离化能高以及补偿缺陷生成等“掺杂瓶颈”问题,这些因素会严重阻碍透明导电体导电性能和热力学稳定性的提升。特别是氧化物材料在p型掺杂过程中易诱发补偿缺陷形成,这使得p型氧化物透明导电体的开发至今仍是世界性难题。有鉴于此,近年来人们提出了一种逆向型的设计方案,即从导电性能优异的金属材料出发,通过能带设计来实现其在可见光波段的高透射性,从而避免重度掺杂带来的问题。然而,金属材料通常具有连续的能带结构,如何使其在可见光波段变得透明至今仍缺乏切实可行的理论指导。

魏苏淮教授与张鹏助理教授基于对电子化合物能带结构和光学特性的系统分析,提出可以通过协同调控金属材料能带的对称性及其波函数的实空间分布,使得材料中特定能带间的电偶极矩跃迁大幅降低,从而提升其可见光透射性。这一研究不仅成功突破了传统透明导电体的设计瓶颈,为开发本征透明导电体开辟了崭新视角,同时也深化了人们对固体材料中光学跃迁机制的理解。这一成果为未来开发具有特殊光电性能的固体材料奠定了坚实的理论基础,并提供了创新的技术路径。

1.0维电子化合物K4343图2.(a)能带调控方案。(b)K434343434343的能带结构。(d)K43434343的光吸收谱。

该论文的第一作者是深圳大学博士生王贵,通讯作者是魏苏淮教授和张鹏助理教授。

论文链接:

魏 苏 淮

讲席教授

宁波东方理工大学(暂名)理学部物理学院院长

魏苏淮1981年获得复旦大学物理学学士学位,1985年获得美国威廉玛丽学院(College of William and Mary)理学博士学位。2015年全职回国后担任北京计算科学研究中心讲席教授,材料与能源研究部主任。他是美国物理学会会士(APS Fellow,1999),国际材料学会(MRS Fellow,2014)会士。魏苏淮为科技部重点研发计划首席科学家,主持基金委重大项目。他还担任了国际三元和多元化合物会议(ICTMC-22)和国际半导体缺陷会议(ICDS-33)大会主席。截至2024年10月,已发表论文600余篇,其中70余篇发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,被引用次数超过80000次,H指数大于138(Google Scholar)。

魏苏淮长期从事凝聚态物理的理论计算研究,通过发展第一性原理计算方法,在半导体的电子结构、无序合金、缺陷和掺杂、磁性半导体、光电及能源材料等方面取得了系统的原创性成果。他与合作者发展的第一性原理全电子、全势的FLAPW方法是目前计算固体电子结构最精确的方法;他与合作者提出的计算无序合金物理性质的特殊准随机结构(SQS)方法是目前第一性原理计算合金性质的标准方法;他发展了第一性原理半导体缺陷计算方法,

来源:晓琦的科学世界

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