光伏（PV）效應(yīng)是指材料在光照下產(chǎn)生電流和電壓的現(xiàn)象。PV效應(yīng)可能是由電荷分離引起的，通過(guò)內(nèi)部電場(chǎng)從異質(zhì)結(jié)構(gòu)中分離出來(lái)，異質(zhì)結(jié)構(gòu)通常由兩種或多種材料組成。然而，在由單一成分組成的非中心對(duì)稱材料中，在沒(méi)有外部場(chǎng)和空間不均勻性的情況下，可以在均勻照明下產(chǎn)生光電流，被稱為塊體PV（BPV）效應(yīng)。由于BPV效應(yīng)可能不受Shockley-Queisser限制，并且提高了現(xiàn)有的光電子效率，因此最近在許多鐵電材料中被重新研究，以及其他非中心對(duì)稱材料、有機(jī)晶體等。由于機(jī)械彎曲引起的應(yīng)變小（約10^-6）和應(yīng)變梯度小（約0.1 m^-1），因此在塊體晶體中撓曲電效應(yīng)通常可以忽略不計(jì)。然而，在外延薄膜（約10⁶ m^-1）和超薄薄膜（約10⁷ m^-1）中，在相界（約10⁷?m^-1）、位錯(cuò)核（約10⁹?m^-1）和裂紋尖端（約10⁸?m^-1）發(fā)現(xiàn)了巨大的應(yīng)變梯度。近年來(lái)，研究人員報(bào)道了晶體上納米壓痕引起的撓曲電效應(yīng)以及與柔性光伏（FPV）效應(yīng)耦合的獨(dú)立薄膜上的機(jī)械彎曲。二維（2D）材料中大應(yīng)變的存在，為探索可能的巨應(yīng)變梯度效應(yīng)提供了條件。但是，在2D材料中產(chǎn)生FPV效應(yīng)的應(yīng)變梯度工程的實(shí)驗(yàn)研究尚未完成。

在2021年6月18日，美國(guó)倫斯勒理工學(xué)院Jian Shi和Jie Jiang（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種獨(dú)特的策略來(lái)生成和調(diào)整2D材料中的應(yīng)變梯度。作者通過(guò)使用基于由MoS₂和VO₂組成的混合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不均勻性和相變的應(yīng)變梯度工程方法，報(bào)道了原型2D材料MoS₂的柔性光伏（FPV）效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究。在此設(shè)計(jì)中，2D材料部分位于相變材料上方，部分位于非相變材料的上方。相變材料的結(jié)構(gòu)相變（相I和相II間）可以通過(guò)外部刺激（溫度、電場(chǎng)等）來(lái)控制。接著，作者預(yù)計(jì)這種相變會(huì)在2D材料中引起應(yīng)變和應(yīng)變梯度。特別是，在相II正上方，預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)均勻應(yīng)變；在相變材料和非相變材料之間的邊界附近，預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)變梯度。這些應(yīng)變梯度調(diào)整了電子密度分布，導(dǎo)致沿應(yīng)變梯度方向產(chǎn)生的偶極矩不為零，即撓曲電性。因此，MoS₂中的實(shí)驗(yàn)塊體光伏系數(shù)比大多數(shù)非中心對(duì)稱材料的塊體光伏系數(shù)高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。該工作揭示了低維材料中FPV效應(yīng)與應(yīng)變梯度之間的基本關(guān)系，可能會(huì)激發(fā)對(duì)應(yīng)變梯度工程材料中新光電現(xiàn)象的探索。

通過(guò)獨(dú)特的應(yīng)變梯度工程方法，作者在中心對(duì)稱2D材料MoS₂中發(fā)現(xiàn)了FPV效應(yīng)。通過(guò)混合系統(tǒng)中VO₂微束的溫度誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)相變，MoS₂片可以承載高達(dá)10⁶ m^-1的巨大應(yīng)變梯度。對(duì)比大多數(shù)非中心對(duì)稱絕緣體和半導(dǎo)體，本文的應(yīng)變梯度工程MoS₂片具有高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)的玻璃和BPV系數(shù)，可能是由于巨應(yīng)變梯度的可及性和MoS₂固有的優(yōu)越光電特性。作者在2D材料中發(fā)現(xiàn)FPV效應(yīng)豐富了對(duì)FPV效應(yīng)的基本理解，并且可能為潛在的PV應(yīng)用提供新的概念和材料。

Flexo-photovoltaic effect in MoS₂. Nature Nanotechnology, 2021, DOI: 10.1038/s41565-021-00919-y.