近日，国际能源顶级期刊Nano Energy (IF:17.881)在线发表了钱征华教授课题组关于压电半导体材料的最新研究进展“A Convenient Approach to Tuning the Local Piezopotential of an Extensional Piezoelectric Semiconductor Fiber via Composite Structure Design”。课题组博士生房凯为论文第一作者，钱征华教授为论文通讯作者，南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室为论文的第一和通讯单位，俄罗斯科学院科特尔尼科夫无线电工程与电子研究所为合作单位。

压电半导体材料如ZnO等具有无毒、易集成等特点，被广泛应用于纳米俘能器、物理化学传感器、场效应晶体管、柔性电子器件等领域，且一维压电半导体纤维是压电电子学的基本构件。由于自由载流子的屏蔽作用，其电势变化仅集中于纤维的两个端部。如何对纤维中部的局部电学特性进行调控，一直是压电电子学领域的热点问题。传统的局部调控方法，如施加局部应力或局部温度变化等，只适用于实验环境中的单个纤维。而在实际器件中，为获得良好的电学性能及结构稳定性，压电半导体纤维通常被集成并包裹到块体材料中，这使得传统的局部调控方法不再适用。钱征华教授团队从实际器件结构角度出发，提出了一种简单有效的调控方法，即将包覆的块体材料设计为性质（如刚度）分布不均匀的复合结构，利用其界面上极化的跳跃与自由载流子的耦合作用，实现通过端面载荷产生局部势井或势垒的效果。势井和势垒的数量及高度等特性取决于复合结构材料的组合或几何尺寸的设计，这使得对压电电子学器件电学行为的“定制”成为可能，具有极大的实际应用价值。

研究还指出，纤维中部分自由载流子被限制于复合结构所产生的局部势垒中，从而减小了其对电势的屏蔽作用，极大地提高了纤维两端的电势差。这为基于压电半导体材料的俘能器设计提供了新的思路。同时，高度可控的局部势井和势垒使得压电半导体纤维具有独特的电流开关效果，为不包含肖特基结或PN结的二极管设计提供了借鉴。

第一作者：房凯，南京航空航天大学航空学院、机械结构力学及控制国家重点实验室博士生。主要研究领域为压电半导体器件、压电谐振器等。

通讯作者：钱征华，南京航空航天大学航空学院、机械结构力学及控制国家重点实验室教授。曾获江苏特聘教授、江苏省杰青、新世纪优秀人才、江苏省双创人才等荣誉。主要研究领域为波动力学、无损检测技术、智能结构器件分析与设计。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521008776