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當(dāng)期《美國化學(xué)會志》封面
本報訊(記者閆潔)北京高壓科學(xué)研究中心呂旭杰課題組與美國西北大學(xué)教授Kanatzidis等合作,通過壓力調(diào)控全無機(jī)二維鈣鈦礦Cs2PbI2Cl2的激子特性,實現(xiàn)了光電性能的顯著增強(qiáng)。這是關(guān)于二維鹵化物鈣鈦礦中壓力誘導(dǎo)光電導(dǎo)增強(qiáng)現(xiàn)象的首次報道,并且揭示了激子特性與光電性能之間的關(guān)系。相關(guān)成果日前發(fā)表于《美國化學(xué)會志》,并被選為當(dāng)期封面文章。
二維(2D)鹵化物鈣鈦礦具有多樣性、可調(diào)控的光電特性和較好的穩(wěn)定性,有望在高效太陽能電池和發(fā)光二極管等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。近些年,2D鈣鈦礦新材料的開發(fā)已經(jīng)取得了重大進(jìn)展,但仍存在一些關(guān)鍵問題亟待解決,包括如何進(jìn)一步提高其光電性能、結(jié)構(gòu)調(diào)控如何影響其光電性能等。解決這些問題需要對其結(jié)構(gòu)與物性的內(nèi)在關(guān)系有更深入了解。
上述團(tuán)隊選擇的全無機(jī)2D鈣鈦礦Cs2PbI2Cl2,和有機(jī)—無機(jī)雜化2D鈣鈦礦相比具有更小的層間距離,從而賦予了該材料獨特的激子特性。研究人員利用高壓原位表征技術(shù),結(jié)合理論計算對其晶體結(jié)構(gòu)、激子特性和光電性能的演變規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
他們發(fā)現(xiàn),Cs2PbI2Cl2的激子結(jié)合能從常壓條件下的133毫電子伏(meV)降至2吉帕(GPa)下的78meV,達(dá)到可與典型三維鹵化物鈣鈦礦相比擬的數(shù)值。激子結(jié)合能的降低促使激子分離成自由載流子,從而使其光電導(dǎo)在2GPa的壓力下獲得了三個數(shù)量級的提升。
呂旭杰表示,利用壓力調(diào)控二維鹵化物鈣鈦礦的激子特性,可使其獲得比擬三維鈣鈦礦的優(yōu)異光電性質(zhì),同時不會失去其獨特的優(yōu)勢,這使得二維材料在太陽能電池和光電探測器中更具應(yīng)用前景。
相關(guān)論文信息:
https://doi.org/10.1021/jacs.0c11730
《中國科學(xué)報》 (2021-03-03 第4版 視點)