提升四個數量級 國際科研團隊為純硅材料帶來新突破
【化工儀器網 行業百態】純硅是一種間接帶隙半導體，這也使得其在吸收光子時，電子不僅需要改變能量狀態，還需要聲子的輔助來改變動量狀態。這種間接躍遷過程導致硅的光學性質相對較弱，吸光效率不高。也正因如此，提升純硅的光學性能成為了材料科學和電子工程領域的研究熱點。
而就在最近，一個由美國加州大學爾灣分校科學家領導的國際科研團隊成功在該問題上實現了突破，將純硅光學性能提升了四個等級。
據悉，該突破基于海森堡不確定性原理，即當光被限制在幾納米以下的尺度時，動量分布會變寬，變化后的動量會顯著增加至自由空間內光子動量的1000倍，與材料內部電子的動量相當。通過操縱入射光子的動量可以使純硅從間接帶隙半導體變為直接帶隙半導體，借而提升光學性能。
而該研究的一個重要突破，在于其打破了傳統認識中，“材料在吸收光時，光子僅會改變材料內電子的能量狀態，實現‘垂直躍遷’”的認知。新結果表明動量增強的光子不僅能改變電子的能量狀態，還能同時改變其動量狀態，從而解鎖新的躍遷路徑——對角線躍遷，并顯著提升材料的吸光能力。這對于后續研究也有重要的意義。
此外，從產品應用的角度來說，純硅是硅基太陽能電池板的重要組成部分，受限于光學性能，傳統的硅基太陽能電池為了更有效地捕獲太陽光需要對硅層進行加厚，這不僅提高了生產成本，還會增加載流子從而限制能效。這項新成果相當于提供了一個以相同系數減少硅層的厚度的新解決方案，通過減少硅層的厚度，可以顯著降低生產成本并提高能效。同時，新方法無需對材料進行任何改變，且可與現有制造技術集成，有望徹底改變太陽能電池和光電子設備領域。
這一成果一定程度上代表了科學家在提升純硅的光學性能的不斷努力，也為相關領域的技術進步和應用拓展提供了有力支持。相信隨著未來研究的深入和技術的不斷成熟，純硅在光學和電子工程領域的應用前景將更加廣闊。
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