新型铜基硫族化合物半导体缺陷研究取得突破：为高性能光电子器件铺路

硫族化合物的“微观世界” 硫族化合物半导体（如铜基材料）因其独特的光电特性，在太阳能电池、热电设备和传感器等领域备受关注。这类材料由硫（S）、硒（Se）、碲（Te）等元素与金属（如铜、镍）结合而成，其原子间的排列方式直接影响导电性和稳定性。然而，材料中的微观缺陷（如原子空位、间隙原子）就像“道路上的坑洞”，可能阻碍电子流动或引发结构不稳定。近期，科学家首次合成了新型铜基硫族化合物Cu₂NiX（X=SSe、Te₂、SeTe），并对其缺陷结构展开深入研究。 缺陷如何“隐形”影响性能？ 材料的性能优化离不开对缺陷的精准控制。例如，空位缺陷可能成为电子“陷阱”，降低太阳能电池的效率；而大尺寸缺陷簇则可能导致材料断裂。然而，Cu₂NiX作为全新合成材料，其缺陷类型、分布规律及其对性能的影响尚不明确。传统检测手段难以在不破坏材料的前提下，精确探测纳米级缺陷。

用“正电子探针”照亮微观世界 研究团队采用两项尖端技术——正电子湮没寿命谱（PALS）和多普勒展宽湮没谱（DBAS），对材料进行无损检测。 PALS技术：向材料中注入正电子（可视为带正电的“微观探针”），当正电子与材料中的电子相遇湮灭时，会释放伽马射线。通过测量湮灭时间，可区分不同尺寸的缺陷： · 短寿命（τ₁≈110-130皮秒）：对应无缺陷区域，反映材料主体结构的完整性。 · 中寿命（τ₂≈245-288皮秒）：揭示单空位或小空位簇，如Cu₂NiTe₂的τ₂达288皮秒，表明其空位浓度最高。 · 长寿命（τ₃≈1279-1521皮秒）：指向大孔洞或表面缺陷，Cu₂NiTe₂的孔洞体积最大（0.056立方纳米）。 DBAS技术：通过分析湮灭伽马射线的能量展宽（即“S参数”和“W参数”），绘制缺陷分布图。结果显示，碲（Te）因原子半径较大，导致晶格扭曲更显著，使得Cu₂NiTe₂的缺陷浓度远超其他样品。 技术优势：从“盲人摸象”到“高清成像” 与传统方法相比，正电子技术的优势在于： 1. 非破坏性：无需切割或腐蚀材料，保持样品完整性。 2. 高灵敏度：可探测0.1-1纳米级的微小缺陷。 3. 三维定位：通过调节正电子能量，实现从表面到内部（最深约1微米）的缺陷分布分析。

这项研究首次揭示了Cu₂NiX材料的缺陷规律： · 原子半径效应：碲（Te）的引入显著增加缺陷浓度，为调控材料性能提供新思路。 · 缺陷-性能关联：高缺陷浓度可能提升热电转换效率，但会降低结构稳定性，需在应用中权衡。 未来，该成果可指导开发更高效的太阳能电池、高灵敏度传感器，甚至应用于高温能源设备。例如，通过调整硫族元素比例，可定制缺陷类型，优化材料在特定场景下的表现。

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