鑽石舞台

摘要：蘇州大學光電科學與工程學院李孝峰教授團隊採用第一性原理和蒙特卡羅模擬方法研究了MXenes在熱載流子光電探測領域的應用，為基於新型二維材料的熱載流子光電探測器件研究提供了理論支撐。

關鍵詞：Advanced Optical Materials, 蘇州大學, MXenes, 熱載流子,光電探測

等離激元金屬材料在熱載流子光電器件相關領域（光電轉換、光電探測、光熱治療）有着廣泛的應用價值。尋找高性能熱載流子材料一直是熱載流子光電領域的一個重要課題。近年來，二維材料，如石墨烯、石墨烯衍生物和二維層狀結構過度金屬碳化物、氮化物(MXenes)等元素含量豐富，且具有大比表面積和高穩定性等優點。特別是，MXenes展示了優異的光學性質、出色的電學性能以及可調節的功函數，引起了研究者極大的關注。

然而，迄今為止，MXenes在熱載流子光電探測領域的研究還比較缺乏。該團隊首先採用第一性原理計算研究了MXenes (Mo2C和Ti3C2) 的電子結構、光學性質和熱載流子動力學性能。接着引入雙軸應變（拉伸和壓縮）調控MXenes電子結構，提升MXenes熱載流子動力學特性。在此基礎上，設計了Mo2C/MoGeSiN4熱載流子光電探測器，並採用蒙特卡羅方法評估了器件的注入效率和響應度。結果表明，在–4%壓縮應變下，可有效調節Mo2C電子結構，提高熱載流子動力學特性。特別是，壓縮應變降低了電子-電子和電子-聲子散射，從而獲得更高的熱載流子平均自由程。據預測，在–4%應變作用下，Mo2C/MoGeSiN4熱載流子光電探測器的光電響應度在1550 nm光通信波長可達176 mA/W，相比無應變情形提升大約2倍。

研究者相信，此項研究將會為新型、高性能熱載流子器件的研發引入新思路，並為二維材料在熱載流子器件中的應用提供理論指導。期望將來有更多新的二維材料在熱載流子光電領域譜寫新的篇章。相關論文在線發表在Advanced Optical Materials。