我们的生活里到处都是光电材料的身影，如手机屏幕、LED灯、太阳能板，这些材料的性能直接影响着电子产品是否“好用”。但长期以来，科研人员都被一个难题困住了：光电材料很难同时拥有出色的发光能力和优秀的光电转换能力， “鱼和熊掌难以兼得”。其根本矛盾源于两者工作机制的本质差异：光电转换需要材料产生高度“分离”的电荷载流子，而发光过程则依赖电子-空穴对的辐射“复合”。一个要 “分开跑”，一个要 “凑一起”，这种对载流子行为的相反要求，构成了光电材料性能协同优化的核心挑战。

不过最近，这个难题有了新解法！深圳技术大学工程物理学院申鹏飞助理教授，联合吉林大学姚明光教授、华南理工大学夏志国教授，一起找到了突破口——他们发明了一种叫 “压力诱导多面体重构（PIPR）” 的新方法，专门解决这个 “两难” 问题。

图｜Ladder-like电荷分布：实现载流子的定向输运“高速通道”。

团队在镓基尖晶石氧化物中做了实验，通过精准控制压力，让材料里的多面体发生了重组。就拿材料里的[GaO4]四面体来说，在压力作用下，它变成了[GaO6]八面体。别小看这个变化，它带来的好处可不少：

首先，发光变好了。结构重组后，材料里的化学键特性变了，让原本 “绕远路” 的电子运动路径变直接了——间接带隙变直接带隙，电子和空穴更容易 “碰面” 发光，发光效率大大提高。

图｜CaGa2O4尖晶石结构中，电子的排布方式的转变：PIPR诱导电子从0D孤立的电子分布向1D Ladder-like电子分布转变，同时，电子结构由间接带隙转变为直接带隙。

其次，导电能力也变强了。结构变了之后，材料里的空穴变 “轻” 了——有效质量降低了33%，跑起来更轻松；更关键的是，还形成了横梁沿a轴、立柱沿b轴等梯子状电子传输网络，电子在这上面跑，“体重”直接减轻92%，传输速度自然快了很多。

最终的成果也很亮眼！通过高压下精准调控多面体几何构型，最后研究团队成功在尖晶石氧化物CGOB（CaGa2O4:Bi3+）体系中成功实现了光电性能的突破性提升——材料光响应度提高约200%，同时展现出稳定的常压高效白光发射。该研究不仅首次建立了[GaOx]多面体构型与电子结构演化间的直接构效关系，突破了“发光增强导致电学性能劣化”的传统认知，更开创了通过压力驱动设计（调控多面体畸变和旋转角度）来精准操纵电子行为的新机制。由此提出的PIPR方法突破了传统掺杂、元素取代及热处理的局限性，为新型可调谐光电材料的设计提供了新思路。这一发现不仅对下一代光电器件开发具有重要指导意义，推动了材料结构-性能关系的理论认知，并建立了高压相常温常压稳定化和可预测性材料设计的理论框架。

这个发现能帮科研人员设计出更厉害的光电材料，未来我们的手机屏幕可能更亮、更省电，太阳能板发电效率更高，LED灯也能做得更小巧、性能更好。相关成果发布于国际物理学顶级期刊Physical Review Letters，深圳技术大学助理教授申鹏飞为第一作者及通讯作者，深圳技术大学硕士研究生徐东浩为共同第一作者，吉林大学姚明光教授为通讯作者。深圳技术大学为第一完成单位，吉林大学、华南理工大学在理论分析方面提供了重要支持。

文章信息：Pengfei Shen1,*,†, Donghao Xu 1,*, Zhiguo Xia2, and Mingguang Yao3,‡, Physical Review Letters 135, 106102 (2025)（DOI: 10.1103/v4x6-hksk）.

供稿｜工程物理学院