中国科学院研究发现超带隙透明导体

透明导体因其同时具备导电性和光学透明性，被广泛应用于触摸屏、太阳能电池、发光二极管、电致变色以及透明显示等光电设备中，成为现代信息与能源技术中不可或缺的关键材料。当前主流的透明导体主要通过在原本透明的宽禁带材料（如半导体或绝缘体）中引入掺杂元素来实现导电性能，但这一过程往往会导致部分透明性的损失，因此导电性与透光性之间存在一定的权衡关系。

为了突破这一限制，先前的研究提出了“本征透明金属”的概念，即无需依赖掺杂手段，而是通过特殊的能带结构设计，使金属本身在特定波段内表现出透明特性。然而，这类材料此前尚未在实验中得到证实。

近日，中国科学院物理研究所陆凌研究员团队首次在一类有机电荷转移盐中实现了本征透明金属，并将该透明区域命名为“超带隙”。所谓超带隙，是指介于带内吸收和带间吸收之间的无吸收区，其物理机制与传统绝缘体中带隙内无光学吸收的现象类似。要形成超带隙，金属带必须足够孤立，且其带宽小于费米面与其他占据态及非占据态之间的能量差，从而使带内跃迁所引发的吸收被截断。此外，该截断能量需低于带间吸收的起始能量，从而打开一个透明窗口。

为寻找具备超带隙特性的材料，研究团队通过理论计算发现了一类已知的有机导体(TMTTF)2X可能满足条件，并采用电化学结晶方法成功生长出样品。实验表明，在预测的超带隙范围内（从可见红光到近红外），块状单晶材料展现出明显的透明窗口，即使厚度达到30微米仍可透光。此外，其最低光学损耗（介电函数虚部）约为0.01，这是目前已知化学计量比金属中的最低值，与商用透明导电氧化物薄膜（ITO）相当，且在色散和反射性能方面优于ITO。

该研究成果首次在实验层面实现了电子导电性与光学透明性在本征固体材料中的统一，为开发新型透明导电材料提供了全新的思路。

相关成果以Hyper-gap transparent conductor为题发表于《自然-材料》（Nature Materials）。研究得到了国家自然科学基金委员会与中国科学院的资助。

超带隙透明导体的理论原理、材料预言和实验发现

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