压力诱导γ-InSe层状半导体中面内体光电效应的涌现与对称性工程策略

《Nature Communications》：Giant In-Plane Bulk Photovoltaic Response in γ-type Indium Selenide from Pressure-Induced Symmetry Breaking

　　

摘要

极性晶体中的体光电效应（Bulk Photovoltaic Effect, BPVE）为突破传统p-n结器件的能量转换极限提供了一种极具前景的途径。在层状材料中，BPVE通常由面外分量主导。然而，平面光伏器件亟需强大的面内性能，这要求开发出创新策略以克服基本的材料约束。本研究在平面非极性的层状块体半导体——γ型硒化铟（γ-InSe）中，首次展示了通过外加压力诱导面内BPVE涌现的创新成果。外部压力使晶格发生畸变并破坏其本征的三重旋转对称性，从而触发在常压下因对称性禁止而无法出现的面内光伏响应。此外，面内BPVE表现出显著的光学取向依赖性：沿扶手椅方向的 photocurrent 远高于沿锯齿方向，在0.16 GPa压力下观测到高达280的各向异性比。实验表征与第一性原理计算表明，压力消除了对称性保护的平面非极性，重构了电子结构并激活了在常压下被禁止的大幅面内位移电流响应。更广泛地说，本工作确立了通过压力实现对称性工程作为在层状体系中实现大幅面内体光伏响应的通用策略，且无需依赖材料纳米化或界面设计。