科研 | ACS Nano刊发密院教师但亚平课题组最新研究成果
ACS Nano
近日，交大密西根学院教师但亚平领导的课题组在国际材料领域顶级学术期刊《ACS Nano》上发表其最新研究成果《Dynamics of Charge Carriers in Silicon Nanowire Photoconductors Revealed by Photo Hall Effect Measurements》（光霍尔效应测量揭示出硅纳米线光电导器件中的载流子动态过程）。 该论文描述了其团队通过光照条件下的霍尔效应（Photo Hall Effect），研究硅纳米线光电探测器光生载流子的动态过程。该研究揭示了纳米线光电导的超高增益原理。本文的通讯作者为但亚平教授，课题组博士生陈恺翔为第一作者，西安交通大学贺永宁教授为共同通讯作者。器件结构示意图和关键测量结果
理论上，半导体光电导型光探测器一般无光增益。但人们在低维光电导器件中观察到成千上万倍的增益，有的器件增益甚至高达1亿倍。过去60多年，人们已经在薄膜、纳米线和近期热门的二维单原子层器件上均观察到了类似的现象，但人们对于这一高增益的原理一直停留在通过现象猜测机理的层面上。这类似于一个黑匣子，给定输入、测量输出，然后猜测黑匣子中的电路结构。有时候电路结构过于复杂，以至于猜测出来的电路结构并不唯一，光电导器件的增益原理属于这种情况。因此，只有打开“黑匣子”看个究竟，否则无法定论。
但亚平研究组此次发表的论文就是利用光照条件下的霍尔效应，测量了纳米线中光生载流子的动态过程，打开了纳米线光电导器件这个“黑匣子”，直接观察到纳米线导电沟道中的光生多数载流子（空穴）远远多于光生少数载流子（电子），从而导致了人们常观察到的现象：纳米线拥有巨大的光电导增益。熟悉半导体物理的人都知道：光生载流子是成对产生的，即光生空穴和电子数量上总是一样多的。为什么霍尔效应中测量到纳米线沟道中的光生空穴数量远远多于光生电子的数量呢？这主要是因为纳米线器件的表面态俘获了大量光生少数载流子（电子），导致等量的光生空穴在纳米线导电沟道内积累；而霍尔效应只能测量纳米线沟道中的载流子数量，不能测量已经被表面态俘获而不参与导电的光生电子数量。
该论文研究揭示了低维光电导器件的光增益原理，并能指导人们设计出高性能的低维光探测器。研究获得了自然科学基金面上项目（61376001）和上海科委重大研究计划（16JC1400405）的支持。
背景介绍《ACS Nano》是化学和材料科学领域的顶级期刊之一，在国际上拥有广泛的影响力，其收录的文章主要分布在纳米科学与技术领域，对研究的原创性、结构的新颖性等有着极为严格的要求。但亚平团队在该刊发表的论文为经过审核被接受的投稿（just accepted manuscript）。