光线弯曲钙钛矿晶格

卤化物钙钛矿晶体在暴露于光线下时会发生可逆的形状改变。

UC Davis材料科学与工程学教授、论文资深作者 Marina Leite 表示：“它们是‘智能材料’，可以被调节以响应我们能控制的刺激。它们的化学性质非常不同，这对于制造我们以前无法构建的设备非常有益。”

Leite 实验室的研究生 Mansha Dubey 将激光照射在钙钛矿晶体上，并使用X射线探针测量晶格的响应。晶体由瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zürich）的 Bekir Turedi, Andrii Kanak 和 Maksym Kovalenko 团队生长。

研究发现，光照会以一种快速且可逆的方式改变晶格结构。
Leite 说：“当你用光照射它时，晶格会发生巨大变化，这是一种独特的现象，在硅或砷化镓（GaAs）中是看不到的。这种光致伸缩效应是可逆的，可以一遍又一遍地重复。”

通过改变钙钛矿的成分，研究人员可以设计晶体吸收和发射的光波长（即带隙）。不同成分的钙钛矿对高于带隙频率的光具有不同程度的物理响应。Leite 指出，这种效应可以通过光的频率和功率进行调节。

Leite 预测，钙钛矿中的这种光致伸缩效应可以为设计由光调节或开关的设备开辟新途径，例如传感器或执行器。

核心发现

研究人员首次详细观测并证实，卤化物钙钛矿材料具有显著的“光致伸缩”效应（Photostriction Effect）。即材料在光照下发生形变，且移除光照后能恢复原状。

关键特性

• 可逆性与循环性： 这种形变是完全可逆的，可以反复进行，不像传统半导体（如硅）那样对光的机械响应不明显。

• 可调节性（非二进制）： 这不是简单的“开/关”效应，而像一个“调光器”。通过调整光的频率和功率，可以实现对材料形变程度的连续、分级控制。

• 成分可调： 通过改变钙钛矿的化学成分，可以调整其带隙，从而控制其对特定波长光的响应。

科学意义

• 区别于传统材料： 这种在光照下产生巨大机械响应的现象，在硅（Si）或砷化镓（GaAs）等传统半导体中是不存在的。

• 智能材料： 这证明了钙钛矿不仅是优良的光电材料，还是优异的“机电耦合”材料。

潜在应用

• 光控传感器： 能够感知光信号并转化为机械信号的设备。

• 光控执行器： 利用光来控制机械运动的微型部件。

• 新型光子器件： DARPA（美国国防高级研究计划局）资助该项目的初衷，即是为了开发可切换的新型光子设备。

研究背景

• 资助方： 美国DARPA（国防高级研究计划局）及美国国家科学基金会（NSF）。

• 合作机构： 加州大学戴维斯分校（主导）、苏黎世联邦理工学院（晶体生长）。