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《自然》《科学》一周(4.27-5.3)材料科学前沿要闻
发布:lee_9124   时间:2015/5/7 11:38:01   阅读:2289 
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1. 通过高效载流子加热石墨烯在飞秒范围内产生光生电压

(Generation of photovoltage in grapheneon a femtosecond timescale through efficient carrier heating)
 
  
石墨烯是一种用于超快和宽带光电探测的很有前途的材料。早期研究已经解决了石墨烯光热电器件的运行问题。器件的开关速率在皮秒级,这个过程受限于载流子的冷却时间。不过,光生电压的产生却要快得多,因为这个过程与载流子加热时间相关。Tielrooij 等测量了石墨烯材料光生电压产生的时间,发现整个过程不到50飞秒。这一发现证明石墨烯吸收光子后,能量会迅速转移给载流子。此外,在500到1500nm的波长范围内,都有光响应。他们的实验结果证明石墨烯在超快宽带隙光探测器方面有很大应用潜力。(Nature Nanotechnology DOI: 10. 1038/ NNANO. 2015. 54)

2.晶圆级均匀的高迁移率三原子层半导体薄膜

(High-mobility three-atom-thicksemiconducting films with wafer-scale homogeneity)
 
 
 
大范围生长半导体薄膜是制备现代电子器件和光电子器件的基础。若可以将膜的厚度降低至原子级别的水平,将会在超薄柔性器件、光伏器件和显示应用等领域带来很大的优势。过渡金属二硫化物(TMDs )因其可形成稳定三原子单层膜且具有高的电子迁移率的特点,成为制备超薄半导体膜的理想材料。不过,大范围生长均质高迁移率的TMD 单层膜仍是一个挑战。最近, Kang 等人报道了制备高迁移率、4英寸晶圆级单层二硫化钼( MoS2 )和二硫化钨薄膜的新方法。他们通过金属-有机化学气相沉积的方法制膜,这种方法制备的MoS2膜在室温下的电子迁移率为30 cm2V-1 s-1, 在 90K 的温度下达到 114 cm2V-1 s-1。作者称这一工作为实现原子级的集成电路向前迈进了一步。 (Nature doi: 10. 1038/ nature 14417 )

3.超颖表面全息成像效率达到80%

(Metasurface holograms reaching 80%efficiency)
 
 
 
颖表面具有完全控制光相的能力,因此适用于设计新型的光学元件。在各种类型的超颖表面中,几何超颖表面(表面包含不同空间取向的等离子体纳米棒)由于相位剖面的几何性质展示出优异的相控制能力。最近,超颖表面被用作全息成像方面,不过在可见光下的成像效率却非常低,限制了其应用。Zheng 等人设计并实现了高效几何超颖表面全息成像技术,这种技术的成像效率在 825nm 下可以达到 80% ,并且在 630 - 1050nm 的范围内均可成像。如此高的效率使得这种技术有望在全息成像方面被实际应用。 (Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/ NNANO. 2015.2 )

4.使用能量过滤扫描电子显微镜观察聚合物/富勒烯太阳电池共混膜的亚纳米分辨图像

(Sub-nanometre resolution imaging ofpolymer fullerene photovoltaic blends using energy-filtered scanningelectron microscopy )
 
 
 
扫描电镜的分辨率近年来增加了无数倍,对无机材料来说,分辨率水平现在已经达到亚纳米级。不过对有机材料的表征成像却没有无机材料进展那么快。Masters 等人报道了能量选择二级电子检测的手段,可以观察到高对比度的有机太阳电池共混膜形貌。此外,他们的这种技术还可以区分纯相中的混合相区。他们的技术可以为观察有机材料的纳米结构提供巨大帮助。( Nature Communications DOI: 10.1038/ ncomms 7928 )

5.单层黑磷的高各向异性性及束缚激子

(Highly anisotropic and robust excitonsin monolayer black phosphorus)
 
 
 
石墨烯和半导体单膜过渡金属二硫化物是近些年研究最多的二维材料。最近,黑磷作为一种有潜力的新型二维材料出现并被受到关注。黑磷具有带隙可调、迁移率高、平面内电学各向异性等特点。不过,最近的研究进展主要集中在其薄膜形貌上。Wang 等通过使用光致发光表征发现,单层黑磷具有高度的各向异性和强激子束缚的特性。作者称他们的实验结果为今后探索黑磷这种二维材料的电学特性开辟了路径,并证明黑磷在光电子器件应用方面具有很大的潜力。(Nature Nanotechnology DOI:10.1038/ NNANO. 2015.71)

6.揭示 CH3NH3PbI3 杂化钙钛矿中有机阳离子的作用

(Revealing the role of organic cationsin hybrid halide perovskite CH3NH3PbI3)
 
 
 
CH3NH3PbI3 杂化钙钛矿太阳电池的效率已经接近 20% ,效率提升之快在太阳电池发展史上是史无前例的。不过,虽然进步巨大,科学家对这种材料的微观运行机理尚有分歧,主要原因是对有机阳离子在光捕获过程中的作用不明确。Motta 等人通过密度泛函理论计算发现,有机分子的取向决定了材料的电子特性。他们的研究结果说明,有机分子的旋转或许是CH3NH3PbI3 杂化钙钛矿具有低载流子复合率和高能量转化效率的根源。 ( Nature Communications DOI: 10.1038/ ncomms 8026)

7.超越晶体学:使用相干x射线光源的衍射成像技术

(Beyond crystallography: Diffractiveimaging using coherent x-ray light sources )
 
 
 
X射线晶体学一直在很多科学领域发展的过程中占据中心位置。可以这样说,只要物质有标准的晶体结构,通过X射线晶体学便能得到三维原子结构的信息。不过,很多研究领域(如物理、化学、材料、纳米科学、生物学等)中的样品是非晶结构的,因此它们的三维结构很难通过传统的X射线晶体学技术分析出来。为了解决这一问题,科学家们开发出以相干X射线为光源的相干成像技术。最近,Miao等人撰写了相关综述,回顾了X射线技术的发展历程。 ( Science DOI: 10.1126/ science. aaa 1394)

8.变换光学景观

(Transforming the optical landscape)
 
  
电磁学为科学发展提供了很多强有力的研究手段,包括激光、光学显微镜、磁共振成像扫描仪、雷达等等。为了理解和开发新技术,需要很多方程组的支持。科学家们需要描绘出生动的图像,以此来激发他们的想象力并在科研过程中充分的发挥他们的直觉。为了达到这个目的,变换光学应运而生,它利用法拉第电磁场作为磁力线,可以用来描述物质周围的电场和磁场。Pendry 等人最近就变换光学的发展撰写了相关综述。 (Science DOI: 10.1126/ science. 1261244)
 
 
来源:新材料在线
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