我國科學家設計高居裡溫度雜化鈣鈦礦光鐵電半導體

2020-11-17 中國科學院科技產業網

有機無機雜化鈣鈦礦光鐵電半導體因結合了鐵電性和優異的半導體性能，在光電器件領域吸引了科研工作者的興趣。然而，二維雜化鈣鈦礦鐵電的居裡溫度的有效調節仍是挑戰。

對於有機無機雜化鈣鈦礦鐵電體，有機陽離子的有序-無序運動是驅動鐵電相變的關鍵因素，提高這種旋轉驅動的雜化鈣鈦礦鐵電的相變勢壘可以顯著提高其居裡溫度。有機金屬框架材料中的客體分子限域效應為合理調控二維雜化鈣鈦礦鐵電體的居裡溫度提供了新思路。

中國科學院福建物構所結構化學國家重點實驗室「無機光電功能晶體材料」研究員羅軍華團隊通過引入乙胺作為「限域孔洞轉子」定向合成了一例二維雙層和一例二維三層雜化鈣鈦礦光鐵電半導體。結構和理論計算分析表明，隨著無機骨架層數增加，乙胺受到的孔洞限域作用增強，導致乙胺轉子驅動的鐵電相變能壘升高。

實驗發現，該二維三層鈣鈦礦鐵電體的居裡溫度(370 K)高於二維雙層鈣鈦礦鐵電體（326 K）。研究表明，乙胺是設計高居裡溫度二維有機無機雜化鈣鈦礦光鐵電半導體的有效「限域孔洞轉子」，並為合理設計具有優異半導體性能的高居裡溫度雜化鈣鈦礦光鐵電半導體提供了新思路。

近日，相關研究結果以通訊的形式發表在《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition 2020, DOI: 10.1002/anie.202011270）上，福建物構所與上海科技大學聯合培養博士研究生彭玉為論文的第一作者。研究工作得到國家自然科學基金重點項目、國家傑出青年基金、中科院基礎前沿0-1原始創新項目及中科院戰略性先導科技專項的資助。

來源：福建物質結構研究所

相關焦點

  • 高居裡溫度雜化鈣鈦礦光鐵電半導體研究獲進展
    有機無機雜化鈣鈦礦光鐵電半導體因結合了鐵電性和優異的半導體性能，在光電器件領域吸引了科研工作者的興趣。然而，二維雜化鈣鈦礦鐵電的居裡溫度的有效調節仍是挑戰。對於有機無機雜化鈣鈦礦鐵電體，有機陽離子的有序-無序運動是驅動鐵電相變的關鍵因素，提高這種旋轉驅動的雜化鈣鈦礦鐵電的相變勢壘可以顯著提高其居裡溫度。有機金屬框架材料中的客體分子限域效應為合理調控二維雜化鈣鈦礦鐵電體的居裡溫度提供了新思路。
  • 福建物構所高居裡溫度雜化鈣鈦礦光鐵電半導體研究獲進展
    有機無機雜化鈣鈦礦光鐵電半導體因結合了鐵電性和優異的半導體性能，在光電器件領域吸引了科研工作者的興趣。然而，二維雜化鈣鈦礦鐵電的居裡溫度的有效調節仍是挑戰。對於有機無機雜化鈣鈦礦鐵電體，有機陽離子的有序-無序運動是驅動鐵電相變的關鍵因素，提高這種旋轉驅動的雜化鈣鈦礦鐵電的相變勢壘可以顯著提高其居裡溫度。有機金屬框架材料中的客體分子限域效應為合理調控二維雜化鈣鈦礦鐵電體的居裡溫度提供了新思路。
  • 福建物構所雜化光鐵電半導體的結構設計與光電應用研究獲進展
    其中，二維有機—無機雜化鐵電體不僅表現出強烈的結構各向異性，而且鐵電自發極化形成的內建電場利於光生載流子分離，在偏振光電探測方面獨具優勢。然而，基於二維雜化光鐵電半導體實現高效的日盲紫外光電探測仍然是需要解決的重要問題。
  • 東南大學科研團隊發現新型三維滷化鉛鈣鈦礦分子鐵電材料
    有機-無機雜化鈣鈦礦材料常因其獨特結構而存在鐵電性，鐵電材料與生俱來的自發極化特性，且自發極化在外電場作用下可翻轉應運而生了鐵電異樣光伏效應，這為新一代鈣鈦礦太陽能電池注入了新的活力。鐵電異樣光伏效應依靠極化誘導內建電場的產生，從而促進光生載流子分離。該特性常伴隨鐵電半導體中諸多光電現象的產生。
  • 蘇大鄒貴付團隊:分子鐵電驅動的高性能鈣鈦礦太陽能電池
    目前, 有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池的最高效率已經超過25%, 且穩定性也得到了很大的提高, 有希望成為下一代薄膜光伏技術的候選者之一。從根本上講，鈣鈦礦太陽能電池的性能主要取決於鈣鈦礦層的吸光能力、缺陷鈍化以及光生激子的分離和提取。在光照條件下，光生激子會被PSCs的內建場分離和提取。
  • 【綜述】有機-無機雜化鈣鈦礦材料的化學形成與多功能應用
    有機-無機雜化鈣鈦礦材料屬於一種具有獨特光、電、磁性能且通過有機小分子與無機分子發生自組裝而形成的新型複合晶體材料
  • 有機-無機雜化鈣鈦礦中的自旋輸運和磁場效應
    01引言有機-無機雜化鈣鈦礦(Organic-Inorganic Hybrid Perovskites)是一類集半導體-鐵電極化-自旋極化為一體的多功能光電材料，它們在光伏、發光、探測器等領域已被廣泛地研究。
  • 福建物構所滷化鉛雜化半導體材料研究獲進展
    ，作為新型光伏材料備受科學家關注，其光電轉換效率已迅速刷新到20%，並有望達到晶體矽電池25%的水平。這類材料的半導體性能主要來源於雜化材料中的無機骨架部分，目前研究主要集中在三維鈣鈦礦無機結構和二維層狀無機結構上。尋找具有新型滷化鉛結構的雜化材料或可成為解決當前這類材料穩定性不好和導電性能差的一個解決方案。
  • 長春光機所等在鈣鈦礦單晶場效應電晶體方面取得進展
    在反溫度結晶過程中的空間限域產生了超光滑的頂面和底面形貌，沒有明顯的晶粒界疇以及通常在自由生長的晶體和多晶薄膜中觀察到的任何其他波紋，在雜化鈣鈦礦多晶薄膜常見的形態缺陷和表面經常發現的化學雜質也得到了明顯的控制。這種方法還消除了多晶薄膜中常見的晶界（已知晶界是隧道結形成引起的橫向傳輸阻力的來源）。通過垂直限制，晶體傾向橫向生長，使它們達到毫米級或更大，並且易於橋接。
  • AFM: 同位素強化雜化鈣鈦礦的晶格穩定性
    雜化鈣鈦礦的彈性模量不足傳統半導體如Si或者GaAs的十分之一，這種軟性特徵使其無法在壓力下維繫其穩定的Today 2019, 27, 91-106鈣鈦礦的金屬化及2/3維度切換PNAS 2020, 117, 16121-16126該研究首先對比了CD3ND3PbI3和CH3NH3PbI3在壓力下的光致發光行為（圖1）。
  • 鈣鈦礦極性晶體:能夠自發極化
    極性晶體作為光電功能材料的重要組成部分，在非線性光學、壓電器件、熱釋電探測器和鐵電信息存儲等方面有著廣闊的應用前景。其中自發極化是極性晶體材料的本質核心，設計組裝具有強極化效應的化合物是研製光電功能晶體材料的有效途徑。
  • 中山大學張偉雄教授課題組：光響應分子鐵電體取得重要進展
    近年來，分子鐵電體的設計與性能調控研究得到了快速的發展，例如「似球-非球」理論的提出，多極軸鐵電體及手性分子鐵電體等新穎鐵電體的成功設計等等。在分子鐵電體的研究中，利用外場刺激（例如光、磁場和壓力）調控鐵電性，被認為是特別引人入勝但又極具挑戰的課題。尤其是，光響應鐵電體具有一些潛在的有趣性質（如光調控鐵電性、光撓曲電效應等），受到了特別的關注與重視。
  • 具有圓偏振發光的對映體鈣鈦礦型鐵電材料
    在此背景下，具有顯著化學可變性和結構−性質柔性的分子鐵電材料為CPL活性鐵電材料的組裝帶來了曙光。近日，研究者們開發了第一個具有CPL活性的有機−無機鈣鈦礦對映體鐵電材料(R)-，(S)-3-(氟吡咯烷)MnBr3，它們具有很強的紅色發光。得到的對映體鐵電材料採用六方鈣鈦礦結構，並經歷了有序−無序型相變。
  • 「JACS」東南大學發現二茂鐵基鈣鈦礦壓電材料
    近日，在「東南大學十大科學與技術問題」啟動培育基金的資助下，江蘇省「分子鐵電科學與應用」重點實驗室研究團隊在分子壓電領域取得重要進展，發現了首例二茂鐵基鈣鈦礦壓電材料。有機無機雜化鈣鈦礦（通式為ABX3）由於其在太陽能電池、光電探測器、電致發光、壓電等高新科技領域中可觀的發展潛力而備受專注。在雜化鈣鈦礦領域，因其優異的結構多樣性和化學可調性，湧現出了各種結構新穎和性能卓越的壓電和鐵電材料。
  • 上海交大郭益平教授團隊在寬光譜吸收高壓電鐵電鈣鈦礦的研究中...
    近日，國際材料類頂級期刊Advanced Material（2018年影響因子21.95）以「Design for Highly Piezoelectric and Visible/Near-infrared Photoresponsive Perovskite Oxides」為題在線發表了上海交通大學材料科學與工程學院郭益平教授研究課題組在寬光譜吸收高壓電鐵電性能電子陶瓷的設計和合成方面取得的重要進展
  • 半導體所鈣鈦礦太陽電池研究取得進展
    近幾年，有機無機雜化鈣鈦礦太陽電池被廣泛關注。該材料具有帶隙可調、吸收係數高、載流子壽命長和載流子遷移率高等優點。
  • 福建物構所自驅動紫外偏振光探測的光鐵電體研究獲進展
    鐵電半導體材料由於其固有的體光伏效應及其高偏振特性，在自驅動紫外偏振光電探測中展現出潛力，但是傳統的無機鐵電體因其半導體性能差，難以實現有效的光電探測。近年來興起的金屬滷素雜化鈣鈦礦鐵電材料，因其耦合鐵電自發極化和優良的半導體光電性能，為實現高效自驅動紫外偏振光電探測提供了一種有效策略。
  • 透射電鏡揭開有機無機雜化鈣鈦礦分解的神秘面紗
    然而該技術的商業化應用卻受限於雜化鈣鈦礦材料的結構不穩定性，高溫、氧氣、潮溼環境、光照等加速材料分解進而引起器件性能衰減。因此，有必要深化對降解機理的認識，從而指導器件設計和材料的合成。該合作團隊在過去幾年一直致力於有機無機雜化鈣鈦礦分解機理的研究。他們通過自生長方式利用溫度梯度和毛細效應，在多級孔半導體基底上自主裝製備了高質量的MAPbI3大單晶薄膜（Science Bulletin 62, 1173–1176, 2017）。
  • 福建物構所自驅動紫外光電探測鐵電材料研究獲進展
    鐵電體具有自發極化，且在光照下鐵電自發極化所產生的內建電場能夠促進光生載流子的分離，在自驅動光電探測領域顯示了廣闊的應用前景。與傳統的無機鐵電體相比，有機無機雜化鈣鈦礦鐵電體因其豐富的物理化學特性而備受關注。然而，基於雜化鈣鈦礦鐵電體實現自驅動紫外光電探測仍然是需要解決的一個重要問題。
  • 關於半導體中的撓曲電性能逐漸受到研究者的關注
    (a) 暗場下MAPbX3單晶的極化強度與應變梯度的關係，插圖：單晶樣品圖片；(b) 滷化鈣鈦礦撓曲電係數的溫度依賴性；(c) MAPbBr3晶體撓曲電係數與電極、厚度的關係；(d) MAPbBr3晶體的光撓曲電響應；(e) (f) （光）撓曲電示意圖   研究人員通過實驗表明，在室溫暗場7Hz測試條件下，有機無機雜化的滷化物鈣鈦礦光伏半導體單晶材料（MAPbBr3和MAPbCl3）的撓曲電係數分別為