手性指一個(gè)物體不能與其鏡像相重合。手性現(xiàn)象在自然界中廣泛存在,是自然界的基本屬性。將具有手性特征的手性分子插入到有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)框架中,可以得到手性雜化鈣鈦礦。手性鈣鈦礦結(jié)合了鈣鈦礦材料和手性材料各自獨(dú)特性能,在3D顯示、光學(xué)信息處理、量子光學(xué)、生物探測(cè)、自旋電子等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。最近,南京工業(yè)大學(xué)數(shù)理科學(xué)學(xué)院張軍然副教授基于二維手性鈣鈦礦納米片,在異質(zhì)結(jié)設(shè)計(jì)組裝、光電探測(cè)等方面取得了一系列研究進(jìn)展。
進(jìn)展一:基于手性鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)的光電探測(cè)器
通過范德華異質(zhì)結(jié)設(shè)計(jì)組裝,構(gòu)筑了新型的手性鈣鈦礦/黑磷堆垛結(jié)構(gòu)。通過制備光電探測(cè)器件和性能測(cè)試發(fā)現(xiàn),與單獨(dú)黑磷相比,異質(zhì)結(jié)的電學(xué)和光電性能得到明顯提升,包括載流子遷移率、響應(yīng)率、偏振敏感性等。其中,異質(zhì)結(jié)的光響應(yīng)和光增益提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。這是由于光照下的鈣鈦礦為黑磷提供了大量的載流子注入,改變了其轉(zhuǎn)移、分離、輸運(yùn)、復(fù)合等過程。此外,通過一個(gè)簡(jiǎn)單的異質(zhì)結(jié),可以集成線偏振光和圓偏振光的雙重檢測(cè)功能。該工作對(duì)基于二維鈣鈦礦材料的光電應(yīng)用具有重大意義。
以上工作以“Enhanced photodetector performance of black phosphorus by interfacing with chiral perovskite”為題發(fā)表于Nano Research期刊(影響因子8.897)。我院張軍然副教授為該論文的第一通訊作者。
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圖1 基于手性鈣鈦礦的光電探測(cè)器件的優(yōu)異性能。
進(jìn)展二:非手性鈣鈦礦中的圓偏振光特性
非手性鈣鈦礦具有種類豐富、高發(fā)光效率、帶隙易調(diào)諧等特點(diǎn)。我們通過一種簡(jiǎn)單、普適、有效的方法在非手性鈣鈦礦中實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)的圓偏振光(CPL)發(fā)射和靈敏的CPL探測(cè)功能。通過構(gòu)筑手性/非手性鈣鈦礦異質(zhì)結(jié),利用界面自旋極化載流子傳輸,使手性鈣鈦礦的CPL特性轉(zhuǎn)移到非手性鈣鈦礦。而且,非手性鈣鈦礦中的室溫CPL偏振度比手性鈣鈦礦高一個(gè)數(shù)量級(jí)。另外,通過改變非手性鈣鈦礦的化學(xué)組分、溫度、激光等條件,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)非手性鈣鈦礦CPL特性的多維度調(diào)控。理論上,我們可以通過這種方法在任意的非手性鈣鈦礦中實(shí)現(xiàn)CPL特性。該工作對(duì)鈣鈦礦中CPL特性的應(yīng)用具有重要意義。
以上工作以“Stimulating and Manipulating Robust Circularly Polarized Photoluminescence in Achiral Hybrid Perovskites”為題發(fā)表在Nano Letters期刊。我院張軍然副教授為該論文的共同第一作者。
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圖2 通過簡(jiǎn)單的異質(zhì)組裝,在非手性鈣鈦礦中實(shí)現(xiàn)CPL特性。
進(jìn)展三:手性鈣鈦礦結(jié)構(gòu)維度與光電特性綜述
基于手性鈣鈦礦的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),根據(jù)有機(jī)、無機(jī)組分的空間分布,我們以手性鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)維度為切入點(diǎn),綜述了一維、二維和三維手性鈣鈦礦的晶格結(jié)構(gòu)、光學(xué)和光電特性,包括手性鈣鈦礦的圓二色性和CPL特性,以及在CPL激發(fā)下的光電流、光響應(yīng)、光電探測(cè)等性能。討論了基于二維手性鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)的光學(xué)和光電特性。最后,對(duì)手性鈣鈦礦發(fā)展過程中面臨的問題和挑戰(zhàn)進(jìn)行了總結(jié),并對(duì)未來發(fā)展方向進(jìn)行展望。
以上綜述工作以“Structural dimensions and optoelectronic properties of chiral perovskites(手性鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)維度與光電特性)”為題發(fā)表在Chinese Journal of Inorganic Chemistry(無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào))期刊(SCI收錄)。我院張軍然副教授為該文章的第一通訊作者。
圖3 手性鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)和優(yōu)異特性。
以上工作均與先進(jìn)材料研究院王琳教授合作發(fā)表,并得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目的支持。
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