半导体的合金化在调节其能带结构以实现整体水分解方面已取得了一定的进步。然而，对于组成元素在原子尺度上的排列却很少引起人们的注意。特别是，非等价合金光催化剂(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)的带隙随成分变化的变化，以及潜在的机制，由于原子尺度元素分布不明确，一直处于激烈的争论中。

有鉴于此，国家纳米科学中心宫建茹研究员、南京航空航天大学宣益民教授和中科院高能物理研究所张静研究员等人，实现了在原子尺度调节(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)固溶体纳米线的能带结构。

本文要点

1）使用通过化学气相沉积法生长的组成可调单晶(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)纳米线作为模型系统，相比传统高温氮化，该方法极大地缩短了制备(Ga1-xZnx)(N1-xOx)的时间，从原需数天反应到现在1小时完成。

2）证实了(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)固溶体中价态匹配的Ga-N和Zn-O原子存在团簇化趋势，即短程有序，并证明了这种聚集趋势在控制其电子能带结构中的主导作用。

3）短程有序原子排布导致纳米线内部Ga-N或Zn-O原子团簇与ZnO或GaN主体材料形成了大量晶内异质结。(Ga_1-xZn_x)(N_1-xO_x)固溶体的能带结构是由晶内异质结的II型能带排列步所决定，因此随ZnO含量增加其带隙持续减小。

总之，该工作突出了原子排列工程在半导体合金能带结构调制中的重要作用。

参考文献：

Kai Zhang et al. Atomic arrangement matters: band-gap variation in composition-tunable (Ga1–xZnx)(N1–xOx) nanowires. Matter, 2021.

DOI: 10.1016/j.matt.2020.12.024

https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.12.024