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打破对称性导致响应式有机光电探测器

2021-03-04 20:07:08

全RIKEN团队已证明,一列液晶分子可能构成具有超快速响应的新型柔性光检测器的基础。

常规的太阳能电池和光检测器基于光伏效应,这种现象是光在半导体中产生传导电子及其正向电子空穴。它们由提供电子的材料和接受电子的材料组成。电子和空穴在界面处被拉开,从而产生电流。

但是另一种效应,称为整体光伏效应,可以仅使用一种材料产生电流。它还对光有非常快速的响应,并产生高度恒定的电流。这些优势可能导致新一代的太阳能电池和光探测器。

本体光伏效应主要在无机材料中进行了研究,因为它仅发生在缺乏反转对称中心的晶体中,这不包括大多数有机材料。但是有机化合物具有诸如柔韧性和容易调节发生整体光伏效应的波长的能力等优点。

RIKEN紧急事件中心的Daigo Miyajima解释说:“只有在极性非中心对称的材料中才能观察到整体光伏效应,但是有机材料往往会优先形成非极性中心对称的晶体。” “因此,我们必须找到一种打破这种对称性的方法。”

此前,宫岛和一些同事制造了一种液晶柱,该柱由扇形分子堆叠在一起而形成,其对称性由于酰胺基团之间的氢键而破裂。但是它仅吸收紫外线范围内的光。

现在,通过修补这种有机液晶的基本分子组成,研究人员已经成功地观察了柱状液晶在很宽的波长范围内的整体光伏效应,该波长范围在可见光谱中达到了红色波长。

尽管分子自发地形成对称组装,但研究人员证明,仅通过施加电场就可以破坏对称性。他们发现,在这种条件下,当光照射到液晶上时,液晶中的电流跃升了约6600倍。这类似于基于常规光电效应的光检测器的响应,但是可以在结构简单得多的设备中实现。

该团队现在正在尝试在柔性基板上制造设备。宫岛指出:“由于我们的材料是液晶,因此可以承受弯曲或拉伸。”

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