二維鈣鈦礦單晶納米線陣列邊緣態光電導機理
有機-無機鈣鈦礦材料具有優異的光電性質, 應用於製備高效率太陽能電池和發光二極體. 鈣鈦礦具備較高的載流子遷移率, 較長的壽命和擴散距離, 也是一類較為理想的光電探測器材料. 但三維鈣鈦礦暗電流對光電探測器的信噪比有較大影響, 發展受到限制. 基於多晶薄膜的光電二極體檢測器, 雖可抑制暗電流, 但無法實現較大的光電導增益, 器件靈敏度也不理想.
近日, 中國科學院理化技術研究所博士吳雨辰, 中科院院士江雷課題組與天津大學教授付紅兵, 中科院外籍院士, 美國加州大學伯克利分校教授張翔團隊合作, 製備出高質量的二維鈣鈦礦單晶納米線陣列, 首次發現二維鈣鈦礦納米線的邊緣態光電導效應, 並實現了目前世界上最高靈敏度的鈣鈦礦光電探測器.
研究人員通過不對稱浸潤界面, 控制二維鈣鈦礦的晶體生長. 通過電子衍射, 同步輻射掠入射X射線散射發現, 製備得到的納米線取向單一, 導電的少層鈣鈦礦和丁胺基離子層層組裝, 形成超晶格結構. 通過測量不同高度納米線的熒光和光電導發現, 鈣鈦礦層的邊緣能夠有效地分裂激子, 產生並傳導自由載流子, 從而實現了優異的光電導. 基於此納米線製備的光電探測器, 實現了104A/W以上的響應度和7×1015Jones以上的探測度, 是目前世界上最靈敏的鈣鈦礦光電探測器, 比傳統的矽光電二極體性能高出2-3個數量級.
相關研究結果發表在《自然-電子學》上, 並被作為highlight報道. 相關研究得到了科技部重點專項, 國家自然科學基金重點項目及北京市自然科學基金面上項目的資助.
