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通过插层技术增强窄带隙莫特绝缘体α-RuCl₃的光响应特性
Jo, MK., Heo, H., Lee, JH., Choi, S., Kim, A., Jeong, HB., Jeong, HY., Yuk, JM., Eom, D., Jahng, J., Lee, ES., Jung, IY., Cho, SR., Kim, J., Cho, S., Kang, K., Song, S.,
ACS nano
Abstract
对莫特绝缘体进行电荷掺杂是实现高温超导、量子自旋液态与马约拉纳费米子的关键途径，这些现象对量子计算发展具有重要意义。莫特绝缘体在光电器件领域同样展现出巨大潜力，但既往研究显示其光响应性能不足。电荷掺杂可通过有效调控费米能级附近的电子结构，成为增强莫特绝缘体光响应的理想策略。插层技术——即将离子嵌入层状材料的范德瓦尔斯间隙——是一种无需产生缺陷的有效电荷掺杂方法。本研究通过有机阳离子插层实现电子掺杂，显著增强了层状莫特绝缘体α-RuCl₃的光电性能。电子掺杂导致电子结构发生实质性改变，使带隙从1.2 eV收缩至0.7 eV。由于过量电子在RuCl₃中的局域化效应，价带内形成独特的态密度分布，即使在较高掺杂浓度下仍引发光吸收特性改变而非金属化转变。基于电子调制RuCl₃的稳定近红外光电探测器，其光响应度较原始材料提升50倍，响应速度加快3倍，成功克服了莫特绝缘体在光电器件应用中的固有缺陷，为拓展材料体系提供了新途径。