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日本東京大學研發一種可產生電流的奈米管

新聞來源：https://bit.ly/2RG1AYf

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http://iknow.stpi.narl.org.tw/Post/Figures/2019/market/materials_15740_20190626.png

日本東京大學Yoshihiro Iwasa教授與國際物理學家團隊合作，發現了一種新型奈米管
(nanotube)，它在光的存在下可以產生電流。該奈米管的應用層面涵蓋了光學感測器或紅
外線成像晶片之類的設備，未來，若擴大該技術，對自動駕駛系統和天文學領域，甚至是
太陽能設備，亦都有所助益。此項研究於2019年6月發表於頂尖的自然期刊(Nature)。

這項新型的奈米管，是由二硫化鎢(WS2)製成的特殊半導體材料，當它被雷射光照射時，
會因為光伏效應(photovoltaic effect)而產生電流。其實，不只有這樣的材料會有如此
的效應，但與一般光伏材料不同的地方是，除非捲入管中，否則這個由WS2製成的片材在
光存在下並不會產生電流。

以整個奈米管的製作來看，該奈米管先是利用化學生長的方式生成多層的WS2結構，並分
散在二氧化矽的襯底上，然後從光學顯微鏡下分離出單一奈米管。接著透過化學氣相傳遞
生長的方式形成單晶體的WS2，再使用膠帶機械將雙層及單層剝離開來，最後將薄片再次
轉移到二氧化矽的襯底上。

奈米管的設計，包括局部類似單層的構造，也就是其中一個W原子被六個S原子包圍，形成
一個三菱鏡。而構成多壁奈米管的構造，則有了極性，並表現出非中心對稱的性質。也就
是因為這樣的特性，讓這樣的新型奈米管，並不依賴材料間的p-n結來獲得光伏效應，而
是當暴露在光線下時，會在整個結構中產生電流，這稱為體光伏效應(bulk
photovoltaic effect, BPVE)。

東京大學團隊的研究指出，BPVE在現有材料的效率並不高，但該團隊提出較低維度或較小
間隙的半導體，效果會較好。該團隊也發現，當降低晶體的對稱性，而不僅僅是破壞其反
向的對稱，也就是說，從二維單層結構改為具有極性的奈米管，將可以極大地增強BPVE，
而且由此產生的光電流密度將會比其他BPVE材料大好幾個數量級。

研究結果又為奈米材料的未來提供了更多選擇，長遠來看，這項研究最終希望用來製造高
效能的太陽能電池，但考慮到尺寸的限制，或許這項新的材料可以在其他領域獲得應用。

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