據(jù)北京大學物理學院報道，北大量子材料科學中心的馮濟教授在近期提出通過設(shè)計應(yīng)變分布構(gòu)造所謂的太陽能漏斗結(jié)構(gòu)，這為太陽能采集和光電能量轉(zhuǎn)換供應(yīng)了全新的視角。這一工作已發(fā)表在《自然光子學》雜志上。

傳統(tǒng)的材料所能承受的拉伸彈性應(yīng)變通常不會超過0.2%。最近出現(xiàn)的一類新型低維材料，如石墨烯，單層二硫化鉬等，能夠承受巨大的彈性拉伸。馮濟及其合作者考慮如何運用彈性應(yīng)變?yōu)椴牧蠋砬八从械男阅堋Ｋ麄冊O(shè)想讓探針頂壓懸浮的彈性薄膜，構(gòu)造出一個不均勻的應(yīng)變場。彈性應(yīng)變在微觀上對應(yīng)的是化學鍵的拉伸或者壓縮，改變材料中電子（或者載流子）的能量分布。通過不均勻的應(yīng)變分布構(gòu)造一個對載流子有效的電場。假如在一個器件中實現(xiàn)應(yīng)力集中，即能實現(xiàn)通過應(yīng)力場來集中載流子。這就好像一個載流子漏斗。馮濟及其合作者提出的器件的幾何形狀也正好是漏斗形（如圖所示）。

作為概念演示，馮濟與合作者針對其選擇的量子材料單層二硫化鉬開展數(shù)值模擬。并結(jié)合經(jīng)典分子動力學計算出頂壓下的單層二硫化鉬的應(yīng)變分布，演示了這一設(shè)計的可行性。應(yīng)變和應(yīng)變場對材料的許多性能在量子層面具有深刻影響。馮濟的工作展示了非均勻應(yīng)變場在調(diào)控載流子方面的獨特能力。

太陽能漏斗示意圖，圖片來自：哥倫比亞大學ArendvanderZande博士和JamesHone教授

北大物理系稱這項工作是與MIT材料系和核工程系的李巨教授、錢曉峰博士和Cheng-WeiHuang合作完成的，受到我國自然科學基金委、973計劃、美國NSF及空軍等機構(gòu)的資助。