范德华中寻光电，存储转换喜相逢 | 前沿快讯No.1

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编者按

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范德瓦尔斯异质结中同时实现光电转换和存储

基于二维材料的范德华异质结在开发高效环保的纳米器件上具有巨大潜力，在光伏电池、光电探测器等方面具有重要的应用价值。

本文采用了构建范德华异质结的简单策略，将二维材料WSe2 层和准二维电子气结合，首次实现了单个设备的光电转换和存储。在进行光辐照后，器件产生的光生载流子可以存储长达 7 天；然后在黑暗中施加偏置电压，可以释放高达 2.9 mA极大光电流，同时实现了光电存储和转换，这种现象被称为可充电的光电导过程。与之前观察到的任何光电现象完全不同，在正常的光电导过程中，在其寿命结束时会发生电子与空穴的复合；相比之下，在可充电的光电导设备中，无限寿命的光生载流子可以在没有电子与空穴复合的情况下生成并存储，充电过程中光电转换和存储可以完全自激发。测试表明其临界温度以下的满载流子态和空载载流子态的电流比高达10的9次方，光充电时外量子效率为93.8%。文中提出一种理论模型来解释这种效应的产生机制，与实验数据非常吻合，为实现高效光电转换和存储器件提供了新的方向。

相关研究成果以Coexistence of Photoelectric Conversion and Storage in van der Waals Heterojunctions为题，发表在发物理评论快报Physical Review Letters 127, 217401 (2021)上。

原文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.127.217401

准一维材料室温拓扑相变

准一维材料在表征和调控拓扑相上具有两大特殊优势：1、存在多个可切割表面，可以更好地实验识别拓扑分类；2、与更高维的晶体结构相比对扰动的响应更强，比如可以采用应力调控拓扑相。

本文展示了在准一维材料 Bi4I4 中，通过调控两个弱耦合链的不同堆叠顺序，产生一阶结构转变，实现了室温拓扑相变。在两个自然可解理表面上使用高分辨率角分辨光电子能谱，确定了高温 β 相是第一个弱拓扑绝缘体，其在 (100) 表面上有两个无能隙的狄拉克锥，在 (001) 表面上没有狄拉克交叉。而在低温 α 相中，(100) 表面上的拓扑表面态打开带隙，与最近对超出已建立的拓扑材料数据库范围的具有无能隙棱态的高阶拓扑绝缘体的理论预测一致。其结果不仅确定了一阶和二阶拓扑绝缘体之间罕见的拓扑相变，同时还建立了一个新的用于探索新的拓扑物理的准一维材料平台。

相关研究成果以Room-Temperature Topological Phase Transition in Quasi-One-Dimensional Material Bi4I4为题，发表在物理评论Physical Review X 11, 031042 (2021)上。

原文链接：

https://journals.aps.org/prx/pdf/10.1103/PhysRevX.11.031042

重稀土氢化物高温超导电性

高温超导是凝聚态物理的研究重点，早期理论预测金属氢在高压下可以实现超导态，并具有较高的转变温度，但其超高的压力极具挑战。一种实现室温超导电性路径是通过研究富氢或氢化物材料，目前已经在硫和镧的氢化物中观测到了高压下(>150Gpa)的高温超导电性(>200K)，在超高压(~267Gpa)的氢碳硫化合物中实现了室温超导电性(288K)。实现这些超导电性需要的压力在实际应用中是一个巨大的挑战，在实现常压室温超导的终极目标下，逐步降低室温超导电性所需压力显得尤为重要。

基于此，本文理论预测了两种可以在较低压力(<150Gpa)下实现高温/室温超导电性的具有方钠石结构的重稀土氢化物，YbH6和LuH6。这两种氢化物材料均属于亚稳相，YbH6在70Gpa下具有145K的超导转变温度，LuH6在100Gpa下具有273K的超导转变温度，接近室温。与50Gpa下具有稳定结构、临界转变温度为25K、非满占据4f轨道的重稀土氢化物TmH6相比较，发现满占据的4f轨道的YbH6和LuH6具有较强的声子软化，使得其电声耦合作用增强，提高了超导转变温度。