浙江
二維-三維鈣鈦礦異質結構在光伏和發光器件領域展現出應用潛力，但界面處的結構無序和缺陷問題一直制約著器件性能的提升。2026年6月24日，西湖大學師恩政團隊和上海科技大學于奕團隊在《自然·納米技術》發表研究論文，報道了在二維鈣鈦礦模板上直接生長三維鈣鈦礦單晶的范德華外延方法，獲得了界面原子級清晰且結構相干的異質結構，并借助低劑量電子顯微技術直接觀察到了界面處有機配體層的原子排布。
研究團隊發現三維鈣鈦礦在二維模板上的成核和生長行為受前驅體化學計量比調控。他們選用（3T）?SnI?作為二維模板，在其表面外延生長MASnI?三維鈣鈦礦，二維模板的晶格取向能夠精確傳遞至三維外延層。將前驅體溶液中MAI濃度從0.031 mol/L提升到0.11 mol/L的時候，三維鈣鈦礦的表面覆蓋率從57.1%增加到80.8%，單個domain的平均面積從29.2 μm2擴大到46.9 μm2。反過來把MAI濃度降低到0.0094 mol/L，成核密度增加了約五十倍，形成取向一致的高密度domain陣列，這些結果說明前驅體的化學計量比決定了二維模板表面成核位點的數量。
跨截面透射電鏡樣品制備一直是錫基鈣鈦礦結構表征的難點，這類材料對電子束和氧氣都極其敏感，研究團隊優化了聚焦離子束減薄參數并建立了真空惰性氣體保護轉移流程，獲得了高質量的跨截面樣品。低劑量球差校正電鏡圖像顯示二維（3T）?SnI?和三維MASnI?之間形成了原子級銳利的相干界面，沒有觀察到周期性失配位錯，面內和面外晶格應變均接近于零。四維掃描透射電鏡疊層衍射成像進一步直接看到了界面處3T配體的雙層有序排列，這些有機配體層有效鈍化了三維鈣鈦礦的表面懸掛鍵。
二維模板中若存在螺旋位錯這類拓撲缺陷，位錯臺階邊緣會成為三維鈣鈦礦的優先成核位點，外延層沿著螺旋方向生長形成螺旋異質結構。圓偏振發光測量給出左旋螺旋結構中二維鈣鈦礦的發光不對稱因子絕對值達到0.046–0.11，右旋結構達到0.062–0.14，外延三維鈣鈦礦層則分別達到0.070–0.26和0.030–0.29，而非螺旋對照樣品的數值低于10?2，可見二維模板的幾何手性通過外延生長有效傳遞到了三維鈣鈦礦層。
研究團隊將二維-三維異質結構做成場效應晶體管，用石墨做源漏電極，硅襯底做背柵，經過三聚硫氰酸和苯乙基碘化銨協同鈍化后Sn??含量從25.4%降至9%，反向電流被抑制近一個數量級，整流比從10?提升到10?。柵壓從–50 V調到–45 V時反向電流從10?? A下降到10?13 A，正向電流變化不到一個數量級，最高整流比達到6×10?，在–45 V到+50 V的寬柵壓范圍內都保持在10?以上。500次循環掃描和1300秒恒壓偏置測試中整流性能保持穩定，六方氮化硼封裝后在大氣中暴露一小時仍能維持10?以上的整流比。改變A位陽離子、B位陽離子、鹵素離子以及二維鈣鈦礦的量子阱厚度，研究團隊制備了（3T）?SnI?-FASnI?、（3T）?PbI?-MAPbI?、（3T）?PbBr?-MAPbBr?等一系列組分可調的異質結構，光致發光覆蓋了可見光到近紅外寬譜段。該方法從微米尺度拓展到了毫米尺度，用塊體（PEA）?MAPbI?單晶做模板，旋涂和退火后得到連續且取向高度一致的MASnI?外延層，電子背散射衍射證實外延層在大面積范圍內具有單一的結晶取向，毫米級單晶異質結構可通過熱釋放膠帶完整剝離并轉移至玻璃基底，這項工作為鈣鈦礦二維-三維異質結構的界面工程和器件應用建立了系統的實驗基礎。
READING
BioPeers
特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺“網易號”用戶上傳并發布，本平臺僅提供信息存儲服務。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
