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我院胡元太教授團隊揭示了機械加載對壓電半導體結構能帶的調控規律

發布者:         發布時間:2019-11-18 09:07         瀏覽次數:

117號,材料科學及物理學領域的TOP期刊Nano EnergyIF15.548)在線刊發了我校土木工程與力學學院胡元太教授課題組的最新研究成果Tuning electronic energy band in a piezoelectric semiconductor rod via mechanical loadingNano Energy, Vol. 66: 104147, 2019)”,胡元太教授和美國Akron大學Pan Ernian教授為論文通訊作者,其博士生楊萬里為第一作者。ZnOGaN等寬帶隙半導體被廣泛用于壓電電子/光電器件中,由于這類材料兼備壓電性和半導體特征,所以通過機械加載或施放應力波可以影響其能帶結構,從而實現對器件性能的有效調控。


                   

                         

胡元太教授等從力電多場耦合與載流子的交互作用分析出發,首先得到了壓電半導體結構的壓電勢、形變與載流子之間的非線性耦合作用關系,進而基于8Hamiltonian矩陣方法,將形變勢能和電勢能引入導帶與價帶能級,由此揭示了變形與壓電勢場等對結構導帶和價帶能級(CB,HH,LHSO)的作用規律,為實現機械加載或彈性波動調控壓電電子/光電器件的性能提供了理論基礎。研究表明,外部載荷或彈性波在其作用區域附近的局部范圍內所誘發的壓電勢場和變形場最為明顯,即該區域內的形變勢能與電勢能最大,意味著外場在該域對導帶和價帶能級的影響最為強烈,調控效果最為明顯。研究還發現,隨著載荷增加,載流子再分布所產生的對壓電勢場的屏蔽效應趨強,導致外場對能帶的影響減弱,并最終趨于平緩狀態。進一步研究還發現,隨著壓力的增加,GaNZnO壓電半導體結構中的重空穴帶與輕空穴帶容易出現反轉,即從HH>LH反轉為LH>HH,這些可能導致實際偏離非簡并狀態。

該工作得到國家自然科學基金和湖北省重點實驗室項目的資助。

文章鏈接: https://authors.elsevier.com/c/1a12k7soS7u1S3


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