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半導體載流子極性和濃度的有效調控是現代電子學的核心之一，全面理解並精確調控載流子的輸執行為，對於提高未來大規模積體電路的穩定性和降低功耗至關重要。然而，在單一材料中實現極性可調和可逆切換以設計最佳化器件，仍然是一個巨大的挑戰。已有研究表明，壓強能夠誘導功能材料的導電型別發生轉變，但這種轉變往往伴隨半導體向金屬態的轉變，極大地限制了其在半導體領域的應用。因此，尋找高壓下能在半導體-半導體相變中實現導電型別快速切換的材料變得尤為重要。
在此背景下，吉林大學劉冰冰教授、李全軍教授團隊與張立軍教授團隊合作，利用金剛石對頂砧技術在金屬鹵化物BiI3中發現了一種反常的壓強誘導的p-n型轉變，並顯著的提升了其光電響應特性。與通常在類似轉變中伴隨帶隙閉合的現象不同，BiI3在導電型別轉變後仍保持約1.1 eV（與矽相近）的帶隙。此外，以往的研究通常將高壓下負光電導歸因於載流子型別的切換，但在光電流測試中施加偏壓會對載流子型別的判斷產生潛在的誤導。因此，研究團隊提出了一種基於光熱電效應（PTE）主導的自驅動光電流來判斷載流子極性的新方法，並進一步揭示了高壓下正-負光電導轉換與載流子型別切換之間的關聯。研究者採用聚焦光斑對樣品進行區域性照射，利用PTE效應產生載流子濃度梯度，從而自發形成光電流。這種PTE效應產生的光電流方向可直接反映載流子的極性，排除了偏壓的影響。這些發現不僅有助於深化對半導體載流子行為的理解，還為邏輯電路的設計和器件效能的最佳化提供了可行途徑。
圖2：壓力誘導BiI3的p-n導電型別切換導致自驅動光電流的極性反轉。該實驗使用直徑為10微米的光斑對樣品進行區域性照射，且未施加外部偏壓。當雷射照射BiI3樣品與電極接觸的一端時（A點），產生正向的自驅動光電流；而當壓力超過5.5 GPa時，光電流方向發生反轉，表明BiI3的導電型別發生了p-n切換。霍爾效應測量進一步驗證了導電型別的轉換。
這項成果發表於《國家科學評論》（National Science Review, NSR），吉林大學嶽磊博士和田伏鈺博士為論文共同第一作者，劉冰冰教授、李全軍教授和張立軍教授為共同通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃（2023YFA1406200）、國家自然科學基金（12274166、62321166653）的資助支援。
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