光伏（PV）效應是指材料在光照下產生電流和電壓的現(xiàn)象。PV效應可能是由電荷分離引起的，通過內部電場從異質結構中分離出來，異質結構通常由兩種或多種材料組成。然而，在由單一成分組成的非中心對稱材料中，在沒有外部場和空間不均勻性的情況下，可以在均勻照明下產生光電流，被稱為塊體PV（BPV）效應。由于BPV效應可能不受Shockley-Queisser限制，并且提高了現(xiàn)有的光電子效率，因此最近在許多鐵電材料中被重新研究，以及其他非中心對稱材料、有機晶體等。由于機械彎曲引起的應變?。s10^-6）和應變梯度小（約0.1 m^-1），因此在塊體晶體中撓曲電效應通常可以忽略不計。然而，在外延薄膜（約10⁶ m^-1）和超薄薄膜（約10⁷ m^-1）中，在相界（約10⁷?m^-1）、位錯核（約10⁹?m^-1）和裂紋尖端（約10⁸?m^-1）發(fā)現(xiàn)了巨大的應變梯度。近年來，研究人員報道了晶體上納米壓痕引起的撓曲電效應以及與柔性光伏（FPV）效應耦合的獨立薄膜上的機械彎曲。二維（2D）材料中大應變的存在，為探索可能的巨應變梯度效應提供了條件。但是，在2D材料中產生FPV效應的應變梯度工程的實驗研究尚未完成。

在2021年6月18日，美國倫斯勒理工學院Jian Shi和Jie Jiang（共同通訊作者）等人報道了一種獨特的策略來生成和調整2D材料中的應變梯度。作者通過使用基于由MoS₂和VO₂組成的混合系統(tǒng)的結構不均勻性和相變的應變梯度工程方法，報道了原型2D材料MoS₂的柔性光伏（FPV）效應的實驗研究。在此設計中，2D材料部分位于相變材料上方，部分位于非相變材料的上方。相變材料的結構相變（相I和相II間）可以通過外部刺激（溫度、電場等）來控制。接著，作者預計這種相變會在2D材料中引起應變和應變梯度。特別是，在相II正上方，預計會出現(xiàn)均勻應變；在相變材料和非相變材料之間的邊界附近，預計會出現(xiàn)應變梯度。這些應變梯度調整了電子密度分布，導致沿應變梯度方向產生的偶極矩不為零，即撓曲電性。因此，MoS₂中的實驗塊體光伏系數(shù)比大多數(shù)非中心對稱材料的塊體光伏系數(shù)高出幾個數(shù)量級。該工作揭示了低維材料中FPV效應與應變梯度之間的基本關系，可能會激發(fā)對應變梯度工程材料中新光電現(xiàn)象的探索。

通過獨特的應變梯度工程方法，作者在中心對稱2D材料MoS₂中發(fā)現(xiàn)了FPV效應。通過混合系統(tǒng)中VO₂微束的溫度誘導結構相變，MoS₂片可以承載高達10⁶ m^-1的巨大應變梯度。對比大多數(shù)非中心對稱絕緣體和半導體，本文的應變梯度工程MoS₂片具有高出幾個數(shù)量級的玻璃和BPV系數(shù)，可能是由于巨應變梯度的可及性和MoS₂固有的優(yōu)越光電特性。作者在2D材料中發(fā)現(xiàn)FPV效應豐富了對FPV效應的基本理解，并且可能為潛在的PV應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.