（通讯员 许云丽）近日，国际纳米材料领域权威期刊Nano Research《纳米研究》在线发表了我校湖北省弱磁探测工程技术研究中心作为第一署名单位完成的题为“A Switchable High-Sensitivity Strain Sensor Based on Piezotronic Resonant Tunneling Tunctions”（基于压电电子学共振隧道结的可切换灵敏度的应变传感器）的最新研究成果，详见：10.1007/s12274-024-6932-7

近年来，随着物联网、生物传感技术和人工智能等领域的快速发展，对于监测和感知环境机械形变与振动的高速、高频、低功耗、高灵敏度以及多功能应力传感器的需求日益增加。共振隧道二极管（Resonant Tunneling Diode，RTD）因其超快隧穿输运过程、独特的负微分电阻以及低隧穿电流等特性，成为一种具有潜力的候选器件。目前，RTD应变传感器主要基于GaAs异质结和石墨烯等材料，需要借助压阻效应来实现传感功能。与压电效应相比，压阻效应是一种纯机械调控手段，缺乏电极化调控因素，导致RTD的应力灵敏度因子（Stress Gauge Factor，GF）较低。为改善RTD的灵敏度，研究者们为此做出了许多的努力，例如改变材料晶向、温度、应力方向或优化衬底等，虽取得了一定进展，但目前报道的GF值仍普遍低于10 GPa^-1，难以满足高灵敏度传感应用的需求。

为了解决这一问题，胡功伟博士与西北工业大学黄佛保副教授课题组合作，联合提出了一种利用压电效应实现RTD超高GF（~390 GPa^-1）的新策略。研究结果表明，通过调控RTD中的共振与非共振态，可在仅0.2 V的偏置电压范围内获得极高的灵敏度开关比约160，实现可切换高/低灵敏状态的应力传感器。结合相干/顺序隧穿理论和耗尽近似物理模型，研究还揭示了压电极化对共振隧穿输运的两个关键影响因素：一是极化场调控量子阱能级以触发共振隧穿，二是界面极化电荷改善势垒结构的不对称性以提升共振隧穿注入效率。此外，应变也可以触发负微分电阻特性，提升峰/谷电流比值，以及降低共振偏置电压，这些性能可通过调节偏置电压、温度和器件结构进行优化。该项研究深入揭示了压电电子学与共振隧穿两种物理效应之间的耦合机理，也为RTD在高灵敏度与多功能传感器领域的应用提供了新的思路。该项工作受到多项国家和省部级等基金项目的资助，以及中心平台的支持，并获得Nano Research期刊微信公众号的推送。

该文由我校湖北省弱磁探测工程技术研究中心胡功伟博士与西北工业大学微电子学院/柔性电子研究院黄佛保副教授（黄维院士团队）合作完成，我校青年教师胡功伟博士为论文第一作者。胡功伟博士于2023年7月入职三峡大学理学院，先后主持获批了国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、宜昌市自然科学研究项目和三峡大学科研启动基金，其课题组的研究方向为压电/挠曲电传感器件物理理论与实验的研究，针对压电（ZnO和GaN）与非压电半导体（中心对称材料Si与SrTiO3）开展极化电荷调控电子输运、能带跃迁、量子隧穿、自旋和能带拓扑方面的工作。截止到目前，以第一作者/通讯作者等在ACS Nano、Nano Energy、Small、Nano Research、Advanced Optical Materials、Physical Review Applied等国际期刊发表学术论文30余篇。