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编译服务: 后摩尔 编译者: shenxiang 发布时间: Sep 18, 2021 点击量: 206

不同二维结构(如石墨烯和MoS2)的精确堆叠为2D材料领域注入了活力,揭示了其界面上的奇异现象。这些独特的界面通常采用机械或沉积的方法来构建异质结构,每次只能构建一个单层,堆叠材料的过程并不适合大规模生产。相比之下,自组装是一种可扩展的技术,复杂结构的材料可以在溶液中选择性形成。

美国斯坦福大学研究出一种更简单、快捷的复杂材料自组装方法。他们用钙钛矿培育了二维层,并在大晶体中与其他薄层材料交叉和自组装。

研究人员将化学原料一次性倒入反应器内,自组装过程在反应小瓶中进行,各薄层的化学成分在水中翻滚,杠铃状的分子引导着动向。杠铃分子的每一端都连接有一种可聚集生长结晶的薄层模板。当薄层结晶时,杠铃分子会自动将它们按适当的顺序连接在一起。

图1钙钛矿共生物模板化反应的设计方案

卤化物钙钛矿具有与天然钙钛矿相似的八面体结构,其组装过程通常是在水中进行的。这类材料在太阳能电池领域有很大的应用潜力,然而,它们的稳定性比较差。让钙钛矿和其他材料组合成层状材料,不仅有望结合两者的优点,还可能获得意想不到的界面特性,如将两种不同类型的绝缘薄膜堆叠可以制成导体。可惜的是,层状材料堆叠组合后的性能很难预测,制造条件也十分苛刻,这些类型的生产工艺不具有可扩展性,甚至无法用同一种方法制造出两批次相同的产品。

研究团队制作了六种自组装材料,并用X-射线分析了它们的结构。结果显示,在大多数组装结构中,杠铃分子将层间稍微分离。但在其中一种结构中,杠铃分子使各层直接接触、形成了化学键。这种层间连接结构非常关键,可以显著改变带隙结构。光学数据和第一性原理计算表明,钙钛矿和共生层之间的实质性耦合致使两个子晶格之间产生新的电子跃迁。

鉴于有机金属卤化物钙钛矿的技术前景,这种直观的合成路线为水中自组装、定向合成丰富结构的复杂半导体奠定了基础。

原文链接:Michael L. Aubrey et al, Directed assembly of layered perovskite heterostructures as single crystals, Nature (2021). https://www.nature.com/articles/s41586-021-03810-x

 
来源机构: 物理信息 点击下载:美国斯坦福大学的国家直线粒子加速器实验室提出让复杂半导体自组装的简单方法 (请登录后点击下载

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