新研究揭開鈣鈦礦性能調控秘密

桂運安

結構如何調控性能？中國科學技術大學教授羅毅團隊葉樹集小組研究發現，二維雜化鹵素鈣鈦礦的有機陽離子構象無序度越大，其寬帶熒光發射越強，面內載流子遷移率越小，而面外載流子遷移率則由有機陽離子構象與無機骨架層間距共同決定。相關成果日前發表在《自然—通訊》上。

當前，在太陽能電池、發光二極管、場效應晶體管和光電探測器等領域，有機—無機雜化鹵素鈣鈦礦材料展示了廣泛的應用前景，其載流子遷移率是鈣鈦礦材料性能以及制備以鈣鈦礦為基的高效率器件的重要參數。國內外不少課題組通過設計合成新的鈣鈦礦結構來調控載流子遷移率，取得了許多重要進展。然而，鈣鈦礦中有機陽離子構象如何調控鈣鈦礦性能？如何從分子水平上來理解結構調控性能？人們對這一科學問題所知甚少。

葉樹集小組通過制備具有不同烷基鏈長的二維雜化鹵素鈣鈦礦，利用對稱性敏感的和頻振動光譜技術，結合光泵浦—太赫茲探測、電化學測試、熒光光譜以及X射線衍射等技術，進一步明晰了有機陽離子構象、載流子遷移率、寬帶熒光發射以及無機骨架層間距之間的關聯性規律。

這一成果展現了和頻光譜在研究光轉換材料結構對稱性破缺方面的特異性，揭示了有機陽離子構象與鈣鈦礦載流子遷移率和寬帶發射等性能之間的構效關系。