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當(dāng)期《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》封面
本報(bào)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(guó)西北大學(xué)教授Kanatzidis等合作，通過(guò)壓力調(diào)控全無(wú)機(jī)二維鈣鈦礦Cs2PbI2Cl2的激子特性，實(shí)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(bào)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(guó)化學(xué)會(huì)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(yáng)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(kāi)發(fā)已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，但仍存在一些關(guān)鍵問(wèn)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(wèn)題需要對(duì)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(duì)選擇的全無(wú)機(jī)2D鈣鈦礦Cs2PbI2Cl2，和有機(jī)—無(wú)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(dú)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(jì)算對(duì)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(gè)數(shù)量級(jí)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(shí)不會(huì)失去其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，這使得二維材料在太陽(yáng)能電池和光電探測(cè)器中更具應(yīng)用前景。
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1021/jacs.0c11730
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