摘要：2024年11月27日，J. Am. Chem. Soc.在线发表了加州大学圣塔芭芭拉分校Bolin Liao课题组的研究论文，题目为《High-Throughput Search for Photostrictive Materials Based on a
2024年11月27日，J. Am. Chem. Soc.在线发表了加州大学圣塔芭芭拉分校Bolin Liao课题组的研究论文，题目为《High-Throughput Search for Photostrictive Materials Based on a Thermodynamic Descriptor》，论文的第一作者为Zeyu Xiang和Yubi Chen。
光致伸缩被定义为材料在暴露于光下时的非热机械应变，由于其在光致伸缩致动器、光学传感器、信息存储和能量收集方面的重要应用，引起了人们的极大研究兴趣。对于光照下的半导体，位于价带最大值（VBM）的电子被光激发到导带最小值（CBM），在VBM处留下空穴。由于各种电子-晶格耦合机制，这些光激发会导致晶格变形，称为光致伸缩。根据光致应变是否沿所有晶格方向均匀，光致伸缩可分为各向同性或各向异性。具有显著光致伸缩的已知材料是有限的，并且缺乏发现新型光致伸缩材料的有效指南。
在此研究中，作者基于简单的热力学描述符，即带隙压力和应力系数，对新型光致伸缩材料进行了高通量计算搜索。利用基于密度泛函理论（DFT）的Δ-SCF方法，确定这些描述符可以准确地预测各种材料的本征光致伸缩。随后，从Materials Project数据库中筛选了4770多种带隙低于2 eV的稳定半导体，以寻找强光致伸缩材料。这项研究将Te2I确定为最有前景的候选材料，其沿面外方向的光致伸缩超过8×10–5，光载流子浓度适中，为1018cm–3。此外，详细分析了导致强光致伸缩的因素，包括体积模量和带边轨道相互作用。这项研究结果为材料的光致伸缩提供了物理见解，并证明了在高通量搜索新功能材料中使用简单描述符的有效性。图1 半导体中的光致伸缩效应示意图
图2 光致伸缩系数与带隙压力/应力系数之间的关系
图3 不同材料的光致伸缩系数和带隙压力(应力)系数的比较
图5 影响光致伸缩的因素分析
【论文链接】
Xiang, Z., Chen, Y., Quan, Y. et al. High-Throughput Search for Photostrictive Materials Based on a Thermodynamic Descriptor. J. Am. Chem. Soc.2024. https://doi.org/10.1021/jacs.4c11484
来源：一禅讲科学