质子转移铁电体中的持续离子光响应与 Frank-Condon 机制
材料科学
2025-09-09 v1
摘要
光激发众所周知可触发电子亚稳态并导致长寿命光致发光和光电导等现象。相比之下，由离子亚稳态引起的持续光响应十分罕见。本工作中，我们报道了在铁电克罗康酸中通过核量子机制由质子亚稳态导致的持续结构与铁电光响应，其中铁电性的质子转移起源对这些离子亚稳态至关重要。我们表明，光激发后结构与铁电性质的变化在约 1000 s 内弛豫，而光电导在 1 s 内衰减，表明响应以离子起源为主。在经历极化翻转过程后依然存活的光生内建偏置场，提示了除先前提出的沿氢键质子转移所产生的亚稳态之外，还存在另一条质子转移路径与亚稳态。基于 Frank-Condon 原理的分析揭示了氢键内及氢键外质子转移过程的量子力学本质，其中质子的小质量与激发电子态导致的势景观显著变化是关键。由质子亚稳态引起的持续光响应的演示揭示了一种材料光可调性的核量子机制，预计将影响许多对离子位置敏感的材料性质。
引用
@article{arxiv.2105.02628,
title = {Persistent Ionic Photo-responses and Frank-Condon Mechanism in Proton-transfer Ferroelectrics},
author = {Xuanyuan Jiang and Xiao Wang and Pratyush Buragohain and Andy Clark and Haidong Lu and Shashi Poddar and Le Yu and Anthony D DiChiara and Alexei Gruverman and Xuemei Cheng and Xiaoshan Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2105.02628},
year = {2025}
}