基于挠曲电工程调控单相2H-MoS2体光伏效应的自供电可调谐光电探测器研究

针对传统MoS2光电探测器需外接偏压或复杂异质结的难题，研究人员通过挠曲电工程（flexoelectric engineering）调控2H-MoS2的体光伏效应（BPVE），实现了41倍短路光电流提升和191 mA/W的响应度，为简化器件结构、增强自供电性能提供了新策略。

　　

在光电探测领域，二维过渡金属硫族化合物（TMDs）因其独特的电子特性备受关注，其中二硫化钼（MoS₂）更是明星材料。然而传统MoS₂器件面临两难困境：高响应度需外接高压（如-70V），而自供电异质结又存在工艺复杂、响应度低（约0.1 A/W）的缺陷。更关键的是，具有中心对称结构的2H相MoS₂本不具备体光伏效应（BPVE）——这种能在零偏压下产生光电流的物理现象需要材料打破反演对称性。

为解决这一系列问题，国内研究人员在《Journal of Materiomics》发表创新研究，通过挠曲电工程（flexoelectric engineering）这一巧妙方法，在单相2H-MoS₂中成功诱导出可调控的BPVE。他们采用微加工空穴悬浮结构，利用原子力显微镜（AFM）探针和气压调控产生应变梯度，结合二次谐波（SHG）和压电响应力显微镜（PFM）证实了对称性破缺，最终开发出响应度达191 mA/W的自供电光电探测器，性能超越现有MoS₂异质结器件。

关键技术包括：1）微加工悬浮2H-MoS₂器件制备；2）SHG表征晶体对称性变化；3）PFM测量挠曲电极化；4）光导原子力显微镜（pc-AFM）原位表征光电流；5）气压调控应变梯度的动态响应测试。

【Flexoelectric engineering调控2H-MoS₂对称性】
通过3μm悬浮空穴设计，AFM探针施加112.5-787.5 nN力诱导应变梯度（0.18-0.95 μm^-1）。SHG图谱显示悬浮区域信号增强，花瓣状图案展开，证实反演对称性破缺。PFM振幅随压力线性增长至15 pm，扣除静电背景后呈现纯挠曲电响应。

【应变梯度与光电流的定量关系】
pc-AFM显示悬浮区光电流从57.30 pA提升至2.35 nA（41倍），而衬底支撑区域保持48.7 pA不变。冯卡门板理论计算应变梯度与光电流呈线性关系，验证挠曲电极化驱动载流子分离的机制。

【气压调控自供电器件性能】
石墨烯/2H-MoS₂/石墨烯（Gr/2H-MoS₂/Gr）垂直器件在0-8 bar气压下，短路电流和开路电压线性增长。405 nm光照时，响应度提升342%至191 mA/W，探测度达1.02×10¹⁰ Jones。偏振相关光电流呈现正弦变化，确认为BPVE特征。

该研究首次实现挠曲电工程对中心对称TMDs的BPVE调控，突破传统异质结的局限。通过应变梯度这一"力学开关"，既可动态调节器件性能，又简化了制备工艺。未来或可拓展至其他TMDs材料体系，为柔性电子、智能传感等领域提供新思路。值得一提的是，该工作所有实验数据均扣除静电背景，并设置衬底支撑区域对照，严谨验证了挠曲电效应的本征贡献。这种"力学调控光电"的创新范式，为后摩尔时代器件开发开辟了新路径。