近日，中国科学院物理研究所的科研团队取得重大突破，首次在一类有机电荷转移盐中实验发现本征透明金属，并将新的透明波段命名为“超带隙”，为透明导电领域开辟了全新路径，相关成果发表于《Nature Materials》杂志。
透明导体发展困境与新设想
透明导体兼具导电性与透明性，是现代信息与能源技术不可或缺的核心材料，广泛应用于触控屏、太阳能电池等光电器件。当前主流透明导体源于掺杂透明带隙材料，以牺牲部分透明性实现导电，导电与透光相互制衡。为突破局限，2005年，一种无需掺杂的本征透明导体概念被提出，设想通过特殊金属能带结构实现理想透明，但一直未在实际材料中发现。
超带隙透明导体的发现历程
中国科学院物理研究所 / 北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室的博士生吴正冉等在陆凌研究员的指导下开展研究。此前，研究团队的胡孝磊博士对整个无机材料数据库做过高通量搜索，但对应实际体系一无所获，多数材料实验上不导电。不过，团队没有放弃，在最新工作中，计算发现一类已知的有机导体TMTTF2X符合超带隙条件，并用电化学结晶生长出样品，块体单晶在预言的超带隙波段展现出显著透明窗口，范围从可见红光至近红外，30微米厚度下仍能透光。
超带隙的概念与实现条件
金属中的超带隙指介于带内吸收和带间吸收之间的无吸收波段，与传统绝缘体带隙无光学吸收原理一致。实现超带隙的特殊电子结构，需金属带足够孤立，其带宽小于费米面与其他占据态和非占据态之间的能量差，使带内跃迁引起的吸收被金属带带宽截断，且截断能量小于带间吸收起始能量，从而打开超带隙。
超带隙透明导体的性能优势
该超带隙透明导体最低光学损耗（介电函数虚部）约为0.01，在已知化学计量比金属中最低，与商用透明导电氧化物薄膜（ITO）持平，同时色散与反射均低于ITO。这一工作首次在实验上将电子导电性与光学透明性结合于本征固体材料中，成功开辟通过超带隙实现透明导电的新路径。
研究团队与资助情况
中国科学院物理研究所L01组博士生吴正冉为第一作者，SC08组副研究员李春红协助生长样品，L01组已毕业的胡孝磊博士、博士生陈鲲、郭祥，及博士后李妍都参与了此工作，论文通讯作者为陆凌研究员。该项研究得到国家自然科学基金委和中国科学院的资助。