界面对称性破缺诱导的新型物理效应研究

Speaker

Prof. Mingmin Yang

Hefei National Laboratory/USTC

Time

3：00pm, December 27, 2023

Place

Material Science and Research Building B902

杨明敏，合肥国家实验室研究员，中国科学技术大学未来学院博导。2018年博士毕业于英国华威大学物理学院，并在该校从事了两年博士后研究。其后在日本理化学研究所CEMS研究中心先后任特任研究员和SPDR研究员。杨明敏博士于2020年入职英国华威大学助理教授，并于同年入选国家级青年人才项目，现全职工作于合肥国家实验室。本课题组的研究兴趣在于设计构建极性量子材料与器件，以此开发新型能量转换效应以及非线性量子输运效应，并探索其在物性表征、量子通讯以及精密测量中的应用。代表性工作发表于Science、Nature、Nature Nanotechnology、Nature Materials、Nature Communications、Advanced Materials等期刊，并参与撰写专著一本。

Abstract

如Pierre Curie所言，物理效应源于对称性破缺。异质结界面处对称性的天然破缺在凝聚态物理中诱导产生了众多有趣的物理效应，并由此开发出了大量的应用功能。在此报告中，我将介绍两种源自界面对称性破缺的新型物理效应，即界面压电效应^[1]和压电光伏效应^[2]。首先，我将以肖特基结为模型，阐述界面压电效应的物理机制、表征方法以及其独有特点。相比于传统压电效应而言，该效应不再局限于非中心对称性的介电材料，而是适用于所有对称性材料，包括中心对称性的半导体，因此极大地拓展了压电效应的研究范畴和应用领域。界面对称性的高度可调性也为压电效应研究提供了更丰富的调控手段。由此，我们在实验上首次发现了一种类似于负柏松比的压电效应。在外加电场下，材料在电压施加方向和垂直方向可同时拉伸或收缩，称拉胀型压电效应（Auxetic Piezoelectric Effect）^[3]。

其次，我们发现调控二维半导体的界面对称性可诱导出奇特的光伏效应。在这方面，我们利用二维层状材料独有的层间堆叠方式以及高延展性，研究发现3R型MoS₂中应变诱导的面内对称性破缺可极大的增强其体光伏效应（Bulk photovoltaic effect）。我将这种应变增强的体光伏效应称之为压电光伏效应（Piezophotovoltaic effect）^[3].

这些工作表明界面对称性破缺在光-力-电多场耦合中也扮演着至关重要的作用，在开发新物性和实现新功能方面具有巨大的潜力。

参考文献:

[1] M.-M. Yang et al., Nature 584, 377 (2020);

[2] Y. Dong*, M.-M. Yang*, et al., Nature Nanotechnology 18, 36-41(2023);

[3] M.-M Yang, et al., Nature Materials (2023). https://doi.org/10.1038/s41563-023-01736-5

[4] S. Nadupalli et al., Science Advances 5, eaau9199 (2019).