界面偶极场实现离子伏特学中可编程的光载流子-离子耦合

《Device》：Interfacial dipole fields enable programmable photocarrier-ion coupling in iontrovoltaics

　　

宏观展望

生物视觉系统通过光生载流子与离子动力学的耦合实现信号转导。这种离子-电子转导促使人们探索人工固液界面中的耦合机制。双电层（EDL）通常被视为被动屏蔽层，但半导体-液体界面为EDL-空间电荷区（SCR）耦合提供了机会。在这里，我们通过设计界面偶极子和非对称EDL，构建了可调谐的EDL-SCR耦合电场，从而调控半导体能带弯曲和光生载流子输运。在紫外激发下，偶极子修饰的离子伏特纳米发电机（DM-IVNG）中可调谐的EDL-SCR耦合促进了离子-电子耦合动力学和增强的离子迁移。这项工作为通过界面静电工程调控半导体空间电荷物理提供了一种通用策略。

亮点

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界面偶极场使双电层成为主动可编程静电门控。

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偶极增强的EDL-SCR耦合实现了可编程的光生载流子-离子相互作用。

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紫外触发的离子-电子反馈增强了离子迁移和电输出。

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可重构的界面响应实现了信息编码和溶剂识别。

摘要

在半导体-电解质界面处，双电层（EDL）屏蔽重新分布界面电势，并调节决定光生载流子分离和输运的空间电荷区（SCR）内建场。在这里，我们报告了一种偶极场工程化的离子伏特模型，其中光生载流子-离子耦合可以通过界面偶极场进行编程。通过将半导体-电解质界面与受控的接触-分离过程和电解质工程相结合，我们构建了产生可调谐界面电场的非对称EDL。表面氟化引入稳定的偶极场，重新组织EDL内的离子分布，从而实现界面静电与半导体空间电荷区之间的动态耦合。作为概念验证，我们创建了一个离子伏特纳米发电机，以展示与未改性对应物相比，离子迁移效率和电输出的增强。作为应用演示，我们创建了一个用于可编程信号编码的多模态自供电信息系统（MSIS）。

图文摘要