Hybridized Flat Band-Assisted Photoresponse Enhancement in Superatomic Crystal Mg4C60
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Abstract The band structure critically determines the intrinsic photodetector performance. With a high density of states (DOS), favorable band configuration, and strong electronic correlations, flat-band physics offers promising perspectives for optoelectronic optimization. Here, we demonstrate a broadband photodetector based on Mg4C60 superatomic crystals, in which hybridization of C-2p and Mg-3s orbitals creates flat bands with a suitable semiconducting gap. Such hybridization produces a global off-Γ conduction band minimum (CBM) with a nearly flat dispersion of ∼50 meV and an indirect quasiparticle gap of ∼1.37 eV, yielding a pronounced photoresponse peak at 905 nm. Complementary optical measurements and theoretical calculations show that these flat bands promote the photodetection figures of merit in few-layer Mg4C60 devices, leading to excellent photoresponsivity of ∼7 A·W–1, detectivity of ∼8.1 × 109 Jones, noise equivalent power of ∼5.5 × 10–14 W·Hz–1/2, and external quantum efficiency of ∼950%, exceeding most carbon-based photodetectors. This work establishes a general strategy for high-performance optoelectronics via flat-band engineering in superatomic crystals.
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Le contrôle bibliographique ouvert
DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.
- Titre Crossref
- Hybridized Flat Band-Assisted Photoresponse Enhancement in Superatomic Crystal Mg4C60
- Date Crossref
- 21/09/2026
- Éditeur
- American Chemical Society (ACS)
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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Chongqing University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Renmin University of China pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Xiamen University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Xiamen University of Technology pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Shanghai Jiao Tong University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Zhejiang University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Quantum Science Center of Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area (Guangdong) pays non établi dans la noticeOrganisation à but non lucratif
Chongqing University, Renmin University of China et Xiamen University, avec 4 autres affiliations.
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