近日，汕头大学理学院物理系刘超平副教授团队与我校化学化工学院李明德教授、佐贺大学郭其新教授、Tooru Tanaka教授及香港城市大学余健文教授，在高迁移率p型宽禁带碘化亚铜的缺陷物理、超快载流子/激子动力学研究方面取得了重要进展，以题为 “Optoelectronic properties and ultrafast carrier dynamics of copper iodide thin films”发表在国际学术期刊《Nature Communications》（论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34117-8）。
p型宽禁带碘化亚铜（CuI）具有高的空穴迁移率和大的激子结合能（~62 meV），在当今光电子领域具有重要应用潜力，近年来受到研究者广泛关注。尽管在CuI的基本光电性质和器件应用方面有不少研究，但其缺陷物理/演化、超快载流子/激子动力学，仍然存在很大争议或很少被研究。
研究团队通过适当的后热退火处理，调控薄膜中的本征缺陷浓度，获得了空穴浓度介于~1017到~1020 cm-3的CuI薄膜，采用多种测试分析技术，包括霍尔效应测试、光致发光（PL）光谱、椭圆偏振光谱和飞秒瞬态吸收（fs-TA）光谱，系统地研究了CuI薄膜的光电特性和超快载流子动力学。该研究发现CuI中存在Mahan型激子，也证实了~420 nm处的显著PL峰源于导带中电子与中性铜空位辐射复合。通过改变fs-TA光谱的激发浓度，阐明了依赖于光生载流子浓度的超快物理过程，包括载流子的热化、冷却和复合动力学。在高激发浓度的情况下，热声子瓶颈效应和俄歇热效应都会显著减缓载流子的冷却速率，也探讨了CuI中缺陷对载流子复合的影响和双光子吸收诱导的载流子/激子动力学。
该项研究提供了对CuI的缺陷物理、激子性质和超快载流子动力学深入的理解，对其未来的光电子应用至关重要。结果也表明，高迁移率p型宽禁带CuI不仅是具有重要技术应用价值的光电材料，也是可用于揭示准粒子物理的独特材料。
该论文的第一作者为李展华，为刘超平副教授所指导的硕士研究生，现在南京大学攻读博士学位。李明德和刘超平为本论文的通讯作者。刘超平副教授课题组主要致力于新型宽禁带半导体材料的光电性质调控、载流子输运特性及光电器件应用，在Nat. Commun.、Phys. Rev. Applied、Appl. Phys. Lett.、ACS Appl. Mater. Interfaces、Appl. Surf. Sci.、J. Phys.: Condens. Matter等刊物上发表学术论文56篇（详情参阅https://orcid.org/0000-0003-3802-9557），论文被Nat. Mater.、Nat. Nanotechnol.、Nat. Photon.等刊物引用>1550次。这些研究得到了广东省科技厅国际科技合作项目、广东省自然科学基金面上项目、汕头大学科研启动项目等基金的资助。
图文：刘超平
