研究论文

9 揭示电致变色材料PEDOT:PSS中的光致变色功能及其物理机理

能够在外场刺激（如电、光）下动态调控光学性能的刺激响应材料，已成为从智能窗到自适应显示等节能光电器件的核心组件。电致变色（EC）材料可通过电场调控实现优异的光学对比度，而光致变色（PC）体系则无需外部电源输入，展现出自主光响应特性。尽管EC与PC材料的变色机制存在本质差异，但两者在功能上具有高度互补性：EC材料的电驱动特性适合精准调控，PC材料的光响应特性适合自主适应，将两种功能集成于单一材料体系，实现光-电-化学多场耦合响应，是下一代智能响应材料的核心发展方向，对于突破单一功能材料的应用局限、推动智能器件的多功能化与集成化具有重要意义。

中国科学院半导体研究所王智杰研究员课题组首次发现PEDOT:PSS的光致变色性能，打破“PEDOT:PSS仅有电致变色”的认知。该研究制备了PEDOT:PSS-TiO₂复合材料并证实其在紫外光照射下可发生从浅蓝到深蓝色的可逆颜色变化，为导电聚合物多功能化提供理论新依据。此外还构建了PEDOT:PSS-TiO₂@PVP水凝胶体系，可强化了载流子分离，实现30.1%的相对透过率变化，并具备长达一个月的稳定性。基于此实现了ACS编码的信息存储，以及利用掩膜技术实现了多个文字和图案的连续可逆显现与擦除。这不仅拓展了其在各类光电子领域的应用潜力，也推动了光致变色/电致变色双功能智能响应材料的创新与发展。

该文章作为封面文章，以题为“Revealing photochromic function and its physical mechanism in electrochromic material PEDOT:PSS”发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Revealing photochromic function and its physical mechanism in electrochromic material PEDOT:PSS

Xiangyu Ren, Shudi Lu, Kaige Huang, Jingteng Ma, Runkang Lin, Dong Hu, Xiaobao Li, Jie Yu, Yuhan Wu, Shizhong Yue, Zhijie Wang

J. Semicond.  2026, 47(7): 072101  doi: 10.1088/1674-4926/26020053

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10 基于石墨烯插层的高极化率GaN基自旋发光器件

自旋发光二极管（Spin-LED）利用自旋电子实现圆偏振发光，在量子信息、三维显示等领域具有广阔应用前景。以氮化镓（GaN）为代表的III族氮化物拥有较长的室温自旋弛豫时间，是室温自旋光电子器件理想材料体系。然而，存在MgO与GaN晶格失配度大的问题，界面缺陷较多，自旋散射严重，导致自旋注入效率较低，器件性能不佳。

近日，厦门大学吴志明教授、吴雅苹教授、李煦教授课题组提出了一种基于二维石墨烯的界面工程策略，将原子级平整、无悬挂键的二维石墨烯作为界面缓冲层，设计了三类异质隧穿结（CoFeB/MgO、CoFeB/石墨烯/ MgO、CoFeB/MgO/石墨烯），系统研究了不同插层位置对隧穿结自旋注入性能的影响，并阐明石墨烯插层提升自旋输运特性的内在物理机制。实验结果表明，当石墨烯插在MgO与GaN之间时，可有效释放界面应力，减少晶格失配引起的界面缺陷和晶格畸变，降低电子输运过程中的自旋散射。同时，石墨烯形成的范德华异质界面进一步改善了界面阻抗匹配程度，提高了自旋极化电子的隧穿效率。“CoFeB/MgO/石墨烯”隧穿结室温自旋注入效率达16.2%，对比未优化的提升53%；将其进一步应用于GaN基自旋发光二极管后，器件室温圆偏极化率由8.4%提升至17.3%，提升约106%。

图1.（a）、（b）分别为CoFeB/MgO/GaN、CoFeB/MgO/石墨烯/GaN异质结界面的截面高分辨透射电镜图像；（c）、（d）分别为（a）和（b）两种器件的自旋电子隧穿机理示意图。

图2.（a）氮化镓基spin-LED结构示意图；（b）、（c）不含石墨烯插入层的spin-LED在0 mT、100 mT磁场下的自旋分辨电致发光谱；（d）、（e）采用 “CoFeB/MgO/石墨烯”隧穿结的spin-LED在0 mT、100 mT磁场下的自旋分辨电致发光谱。

本研究提出了一种适用于半导体自旋器件的界面优化策略，建立了界面微观结构、自旋输运和器件性能之间的关联，为高性能GaN基自旋光电子器件的设计提供了新的思路。相关成果以题为“Interface engineering for high-efficiency spin injection and polarized emission in GaN-based devices” 发表在Journal of Semiconductors上。

文章信息：

Interface engineering for high-efficiency spin injection and polarized emission in GaN-based devices

Qihong Lai, Weilin Hu, Mingyu Chen, Hongshu Li, Ying Ye, Guimin Liao, Jian Huang, Xuanli Zheng, Lijing Kong, Yaping Wu, Xu Li, Zhiming Wu, Junyong Kang

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