近日，我院明星教授课题组在国家自然科学基金和广西重点研发计划的资助下，在低维材料研究领域取得重要进展。其关于一维单链Bi4RuX2(X=I，Br)材料超高电子迁移率及应用的研究成果，以《Ultrahigh electron mobility in one-dimensional single-chain Bi4RuX2(X=I，Br)》为题发表于Nature Index期刊《Applied Physics Letters》上，明星教授和青年教师雷文博士为通讯作者，物理学硕士研究生李欣怡为论文第一作者。

低维材料因其独特的物理性质备受关注，其中准一维材料由于维度进一步降低，量子限制效应更为显著，成为研究热点。团队聚焦的一维Bi4RuX2单链可从其块体材料中剥离获得，具有良好的动力学、热学和力学稳定性。

研究发现，从三维块体到一维单链的维度降低过程中，Bi4RuX2实现了从间接带隙半导体到直接带隙半导体的转变，带隙值分别从1.028 eV和1.151 eV增至1.224 eV和1.263 eV。尤为突出的是，一维Bi4RuI2和Bi4RuBr2的电子迁移率高达416.25 cm2 V-1 s-1和277.17 cm2 V-1 s-1，远超其空穴迁移率(0.95 cm2 V-1 s-1 和 1.35 cm2 V-1 s-1)，电子-空穴迁移率比分别达到438和205，展现出卓越的电子输运性能。此外，该材料的带隙和带边位置可通过拉伸应变有效调控，在较宽应变范围内满足光催化水分解条件；其光吸收能力优异，吸收系数约为105cm-1，且可通过拉伸应变调节，实现太阳能的高效利用。这些特性表明，一维Bi4RuX2在高性能纳米电子、光电子器件、光催化水分解及太阳能转换等领域具有巨大应用潜力。

 (a)和(b)为一维 Bi₄RuX₂的晶体结构和侧视图。(c)和(d)为一维Bi₄RuI₂和Bi₄RuBr₂的电子局域函数(ELF)切片图

(a)和(b)为一维Bi₄RuI₂和Bi₄RuBr₂的能带结构及相应的投影态密度(PDOS)。(c)和(d)分别为一维Bi₄RuI₂和Bi₄RuBr₂的导带底(CBM)和价带顶(VBM)的实空间波函数

 (a)和(b)为一维Bi₄RuI₂和Bi₄RuBr₂的带边位置随单轴应变的变化，(c)和(d)为一维Bi₄RuI₂和Bi₄RuBr₂的带隙随单轴应变的演变

(a)和(b)为一维Bi₄RuI₂和Bi₄RuBr₂的沿链方向在无应变和24%拉伸应变下的光吸收系数

文章信息：

Ultrahigh electron mobility in one-dimensional single-chain Bi4RuX2(X=I，Br)

Xinyi Li; Xinyu Song; Ke Peng; Bowen Chen; Wen Lei*; and Xing Ming*

Appl. Phys. Lett. 126, 213101 (2025)

论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0267384

(一审：明星；二审：朱鹏飞；三审：张富文）