准一维链状半导体BiSeI 低温物性研究

AVBVICVII (A=Bi, Sb; B=S, Se; C=I, Br) 体系是一类典型的准一维链状半导体材料. 由于其特殊的晶格和能带结构,AVBVICVII 体系表现出丰富的物性, 如: 铁电、 压电、 热电和光电导特性等, 在太阳能电池、 光电探测器及超级电容器等领域有着广泛的应用前景, 引起了人们广泛的研究兴趣. 其中,SbSI 在低温下伴随铁电自发极化会出现反常的负热膨胀现象. BiSeI 与SbSI 结构类似, 低温下的物性值得进一步研究. 本工作利用物理气相输运法制备了高质量的 BiSeI 单晶样品, 并利用 Raman 光谱、 电输运测量、XRD 及光致发光谱(PL) 对其低温下的电输运、振动及结构性质进行了系统的研究. 随温度降低,PL 光谱结果表明低温下能隙内出现激子能级. 低温 Raman 及XRD 结果表明测试温区(10~300 K) 内其结构对称性无明显改变. 然而随温度降低, 晶格在200 ~300 K 范围内发生明显的负热膨胀现象. 类比于SbSI, 我们将 BiSeI 中的负热膨胀现象归因于410 K 发生的反铁电相变. 此工作的顺利开展有利于人们进一步理解 AVBVICVII 体系低温下负热膨胀背后的物理机制以及促进其在未来零膨胀材料领域中的应用.