【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】二維(2D)有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦半導(dǎo)體量子阱材料是在三維(3D)鈣鈦礦晶格中插入長鏈有機(jī)鹵化胺配體形成的。2D鈣鈦礦具有柔性結(jié)構(gòu)、大的激子結(jié)合能、易調(diào)諧帶隙，以及顯著提高的耐濕性等獨特性質(zhì)，在光電和量子器件應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛關(guān)注。以往研究普遍認(rèn)為，2D鈣鈦礦中載流子以激子形式存在，受到激子壽命和遷移率的限制，其激子遷移距離只有數(shù)百納米，比3D鈣鈦礦材料小一個量級以上。基于文獻(xiàn)中報道的載流子輸運(yùn)特性，在依賴于載流子長距離輸運(yùn)器件應(yīng)用方面，2D鈣鈦礦可能無法與3D鈣鈦礦和其他傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子阱材料相媲美。
 

　　近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所超快時間分辨光譜與動力學(xué)研究組研究員金盛燁團(tuán)隊在二維鈣鈦礦量子阱材料中載流子動力學(xué)研究工作中取得進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)突破激子遷移極限的長距離載流子輸運(yùn)現(xiàn)象。
 

　　該團(tuán)隊?wèi)?yīng)用建立的動力學(xué)可視化新方法觀測到2D鈣鈦礦單晶PEA2MAn-1PbnI3n+1(n=2~4)中突破激子遷移極限的長距離載流子輸運(yùn)現(xiàn)象，其遷移距離可達(dá)2~5μm。采用共聚焦定點激發(fā)2D鈣鈦礦單晶，通過熒光掃描動力學(xué)成像觀測到距離激發(fā)點一定距離的低能態(tài)“邊界態(tài)”發(fā)光，邊界態(tài)發(fā)光動力學(xué)具有明顯的距離依賴性。結(jié)合溫度等實驗，提出了缺陷態(tài)輔助的長距離載流子輸運(yùn)新機(jī)理，認(rèn)為這種長距離載流子輸運(yùn)是通過缺陷輔助的激子解離形成長壽命和不發(fā)光的電子空穴分離態(tài)實現(xiàn)的。通過動力學(xué)模型擬合，獲得了不同層數(shù)(n值)2D鈣鈦礦單晶中的載流子遷移動力學(xué)參數(shù)。這種獨特的性質(zhì)使2D鈣鈦礦在載流子傳輸性能方面可與3D鈣鈦礦和其他傳統(tǒng)半導(dǎo)體相媲美，研究結(jié)果改變了對二維材料中載流子傳輸距離短的認(rèn)知，表明其在高效能量/電荷輸運(yùn)領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。
 

　　相關(guān)成果發(fā)表在《美國化學(xué)會志》上。研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等項目的支持。