日常使用的光探测器、太阳能电池等光电器件，材料的光电性能通常在“温和环境”下表现最佳。一旦进入高压、高温或强机械应力等极端条件，器件往往会出现暗电流升高、响应变慢、灵敏度下降等问题，甚至直接失效，这极大抑制了相关器件的应用范围。因此，如何在极端环境下保持甚至提升光电性能，是研究材料科学和电子器件的重要挑战之一。燕山大学亚稳材料全国重点实验室周向锋、柯峰、田永君等人最近发现，一种富硼半导体材料AlCu1-δB25，在高压下不仅没有性能退化，反而在光电性能上实现了“跨越式提升”，其背后的物理机制打破了传统认知。

一种“坚固且高效”的半导体材料

AlCu1-δB25属于典型的富硼半导体，具有四方晶格，Al原子和分数占据的Cu原子处于B12团簇之间的空隙处。这类材料以B-B强共价网络为骨架，兼具高硬度、优异热稳定性和半导体特性。实验表明，该材料在常压下具有约30 GPa的维氏硬度、可见光范围内的合适带隙（约2 eV），以及较高的载流子迁移率。这意味着它不仅“扛得住压力”，也“跑得动电荷”。鉴于其多功能属性，使得AlCu1-δB25成为探索极端环境光电器件的候选材料。

高压下的“反直觉”现象：越压，带隙越大

在多数半导体中，随着压力增大，原子距离缩短，电子轨道重叠增强，能带会逐渐展宽，导致禁带宽度变小，甚至引发绝缘体—金属转变，这一过程被称为Wilson转变。它通常会带来暗电流升高和器件光电性能下降。但在AlCu1-δB25中，研究人员观察到了相反的现象——即反Wilson效应。拉曼光谱和紫外-可见光吸收实验表明，在30 GPa的压力范围内，材料结构保持稳定（无相变发生），其光学带隙从约1.96 eV 持续增大到2.23 eV，伴随样品颜色从深红逐渐变浅，直观反映出高能光子透过能力增强。带隙变宽意味着材料本征导电性降低，暗电流被有效抑制，从而为高灵敏光电探测创造了理想条件。

光电性能“全面提升”

在高压条件下，基于AlCu1-δB25的光电器件展现出一系列性能指标的同步提升：暗电流降低近4个数量级；开关比提升超过105倍；响应时间缩短3个数量级（从秒级跃迁至毫秒级）。换句话说，器件在“嘈杂”的高压环境中，反而变得更灵敏、更迅速。这种“又快又准”的综合光电性能提升，在已有极端条件的研究中极为罕见。更重要的是，这些性能在上千次光开关循环中依然保持稳定，显示出优异的可靠性。

反常行为背后的物理机制

那么，这种反Wilson效应究竟从何而来？第一性原理计算给出了定性的解释：在AlCu1-δB25结构中，导带底主要由Al的3s轨道贡献。随着压力升高，Al原子与周围B原子距离缩短，Al-3s与B-2s电子之间的相互作用显著增强。这种相互排斥效应会把Al-3s能级整体“推高”，从而抬升导带底位置（价带顶位置几乎不变），最终导致带隙反常增大。

结语

压力不只是材料的“破坏者”，在合适的结构与电子环境中，也可以成为性能放大器。富硼半导体AlCu1-δB25在高压下走出了一条光电性能“逆势上扬”的道路，不仅刷新了我们对高压电子行为的理解，也为极端条件下工作的高性能光电器件，提供了一种全新的材料体系。该工作发表于2026年《国家科学评论》(National Science Review，NSR)。