高平奇教授课题组在各向异性二维光电材料领域取得进展

低对称二维（2D）材料由于其具有本征面内各向异性，在下一代各向异性多功能器件中，如偏振敏感的光电探测器、线偏振脉冲发生器、高增益数字反相器和各向异性存储器等具有广泛的应用前景。然而目前发现的几种面内各向异性2D材料存在稳定性差、各向异性比低、电流开/关比较低等不足，极大地限制了它们在各向异性光学、电子学和光电子学中的应用。因此，未来基于各向异性器件的集成电路迫切需要发现具有优异综合性能的新型面内各向异性2D材料（特别是具有高空气稳定性和高各向异性比）。

我院高平奇教授课题组与材料科学与工程学院于鹏老师紧密合作，采用高温固相反应和机械剥离技术成功地制备了一种具有低对称性褶皱的新型2D五边形材料PdPSe。这种材料具有独特的双原子褶皱五边形层结构以及不对称的原子排列，从而表现出很强的面内各向异性，同时在PdPSe中发现了一种奇特的[Se-P-P-Se]^4-聚阴离子，这是迄今为止在2D材料中发现的最大聚阴离子。

通过ARPRS、ADRDM以及角度相关的电子和光电测试对PdPSe进行了研究和表征，证明其本征光学电学各向异性。PdPSe具有21 cm² V^-1 s^-1的较高电子迁移率和10⁸的超高开/关比，使其成为高性能FET沟道材料的理想候选。其光电器件表现出优异的光电探测能力，具有≈5.07×10³ A W^-1的高光响应率、1.0×10⁵%的高增益和超过1.0×10¹⁰ Jones的高比探测率。

少层PdPSe基光电晶体管不仅具有出色的电子性能，而且在635 nm处也具有≈5.07×10³ A W^-1的高光响应率。通过一系列实验探究出PdPSe光电晶体管的驱动原理归因于光浮栅效应，使其具有良好的光电探测效果。与此同时，PdPSe还表现出大的各向异性电导率（σ_max/σ_min=3.85）和响应率(R_max/R_min=6.17@808 nm)，优于大多数2D各向异性材料。这些研究发现表明PdPSe有望成为设计下一代各向异性器件的理想材料之一。

上述成果以“Penta-PdPSe: A New 2D Pentagonal Material with Highly In-Plane Optical, Electronic, and Optoelectronic Anisotropy”为题发表在期刊《Advanced Materials》上(论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202102541)。第一作者为我院2021届硕士研究生李霈旸，通讯作者为赵伟娜、高平奇和于鹏老师。本研究成果得到了国家自然科学基金、中山大学百人计划等项目的支持。

图（a）penta-PdPSe结构;（b）以penta-PdPSe为沟道的器件的I–V 曲线；（c）635 nm和808 nm激光下变角度光响应强度，635 nm下各向异性比为4.74、808 nm下比为6.17。