可承载高达1000000 m-1的巨大应变梯度，这种2D材料厉害了！

光伏（PV）效应是指材料在光照下产生电流和电压的现象。PV效应可能是由电荷分离引起的，通过内部电场从异质结构中分离出来，异质结构通常由两种或多种材料组成。然而，在由单一成分组成的非中心对称材料中，在没有外部场和空间不均匀性的情况下，可以在均匀照明下产生光电流，被称为块体PV（BPV）效应。由于BPV效应可能不受Shockley-Queisser限制，并且提高了现有的光电子效率，因此最近在许多铁电材料中被重新研究，以及其他非中心对称材料、有机晶体等。由于机械弯曲引起的应变小（约10^-6）和应变梯度小（约0.1 m^-1），因此在块体晶体中挠曲电效应通常可以忽略不计。然而，在外延薄膜（约10⁶ m^-1）和超薄薄膜（约10⁷ m^-1）中，在相界（约10⁷ m^-1）、位错核（约10⁹ m^-1）和裂纹尖端（约10⁸ m^-1）发现了巨大的应变梯度。近年来，研究人员报道了晶体上纳米压痕引起的挠曲电效应以及与柔性光伏（FPV）效应耦合的独立薄膜上的机械弯曲。二维（2D）材料中大应变的存在，为探索可能的巨应变梯度效应提供了条件。但是，在2D材料中产生FPV效应的应变梯度工程的实验研究尚未完成。

在2021年6月18日，美国伦斯勒理工学院Jian Shi和Jie Jiang（共同通讯作者）等人报道了一种独特的策略来生成和调整2D材料中的应变梯度。作者通过使用基于由MoS₂和VO₂组成的混合系统的结构不均匀性和相变的应变梯度工程方法，报道了原型2D材料MoS₂的柔性光伏（FPV）效应的实验研究。在此设计中，2D材料部分位于相变材料上方，部分位于非相变材料的上方。相变材料的结构相变（相I和相II间）可以通过外部刺激（温度、电场等）来控制。接着，作者预计这种相变会在2D材料中引起应变和应变梯度。特别是，在相II正上方，预计会出现均匀应变；在相变材料和非相变材料之间的边界附近，预计会出现应变梯度。这些应变梯度调整了电子密度分布，导致沿应变梯度方向产生的偶极矩不为零，即挠曲电性。因此，MoS₂中的实验块体光伏系数比大多数非中心对称材料的块体光伏系数高出几个数量级。该工作揭示了低维材料中FPV效应与应变梯度之间的基本关系，可能会激发对应变梯度工程材料中新光电现象的探索。

通过独特的应变梯度工程方法，作者在中心对称2D材料MoS₂中发现了FPV效应。通过混合系统中VO₂微束的温度诱导结构相变，MoS₂片可以承载高达10⁶ m^-1的巨大应变梯度。对比大多数非中心对称绝缘体和半导体，本文的应变梯度工程MoS₂片具有高出几个数量级的玻璃和BPV系数，可能是由于巨应变梯度的可及性和MoS₂固有的优越光电特性。作者在2D材料中发现FPV效应丰富了对FPV效应的基本理解，并且可能为潜在的PV应用提供新的概念和材料。

Flexo-photovoltaic effect in MoS₂. Nature Nanotechnology, 2021, DOI: 10.1038/s41565-021-00919-y.