透明導體因兼具導電性與透明性，廣泛應用于觸控屏、太陽能電池、發光二極管、電致變色及透明顯示等光電器件，成為現代信息與能源技術中不可或缺的材料。目前，主流透明導體來源于摻雜如半導體或絕緣體等原本透明的帶隙材料，摻雜過程以犧牲部分透明性來實現導電性。因此，導電性與透光性之間相互制衡。為突破這一局限，此前有研究提出無需摻雜的本征透明導體概念，即通過特殊的金屬能帶結構來實現理想透明。但目前，其尚未在實際材料中被發現。
近日，中國科學院物理研究所研究員陸凌團隊在一類有機電荷轉移鹽中首次實驗發現了本征透明金屬，并將新的透明波段起名為“超帶隙”。金屬中的超帶隙是指介于帶內吸收和帶間吸收之間的無吸收波段，其原理和傳統絕緣體帶隙中沒有光學吸收的原理一致。實現超帶隙的特殊電子結構需要金屬帶足夠孤立，且金屬帶帶寬小于費米面與其他占據態和非占據態之間的能量差，使帶內躍遷引起的吸收可被金屬帶帶寬截斷。同時，此帶內吸收的截斷能量小于帶間吸收的起始能量，進而打開超帶隙。
為尋找超帶隙金屬，該團隊通過計算發現了一類已知有機導體?(TMTTF)2X可符合超帶隙條件，并用電化學結晶生長了樣品。研究表明，塊體單晶在預言的超帶隙波段展現出顯著的透明窗口，其范圍從可見紅光至近紅外，且在30微米厚度下能夠透光。同時，其最低光學損耗（介電函數虛部）約為0.01，這一數值在已知化學計量比金屬中最低，與商用透明導電氧化物薄膜（ITO）持平，且其色散與反射均低于ITO。
這一研究首次在實驗上將電子導電性與光學透明性結合于本征固體材料中，開辟了通過超帶隙實現透明導電的新路徑。
相關研究成果以Hyper-gap transparent conductor為題，發表在《自然-材料》（Nature Materials）上。研究工作得到國家自然科學基金委員會和中國科學院的支持。
論文鏈接
超帶隙透明導體的理論原理、材料預言和實驗發現
本文鏈接：研究發現超帶隙透明導體http://m.sq15.cn/show-12-1235-0.html
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