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 有機(jī) - 無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的光電性質(zhì)，應(yīng)用于制備高效率太陽(yáng)能電池和發(fā)光二極管。鈣鈦礦具備較高的載流子遷移率、較長(zhǎng)的壽命和擴(kuò)散距離，也是一類較為理想的光電探測(cè)器材料。但三維鈣鈦礦暗電流對(duì)光電探測(cè)器的信噪比有較大影響，發(fā)展受到限制?；诙嗑П∧さ墓怆姸O管檢測(cè)器，雖可抑制暗電流，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)較大的光電導(dǎo)增益，器件靈敏度也不理想。

近日，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所博士吳雨辰、中科院院士江雷課題組與天津大學(xué)教授付紅兵，中科院外籍院士、美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校教授張翔團(tuán)隊(duì)合作，制備出高質(zhì)量的二維鈣鈦礦單晶納米線陣列，首次發(fā)現(xiàn)二維鈣鈦礦納米線的邊緣態(tài)光電導(dǎo)效應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)了目前世界上最高靈敏度的鈣鈦礦光電探測(cè)器。

研究人員通過(guò)不對(duì)稱浸潤(rùn)界面，控制二維鈣鈦礦的晶體生長(zhǎng)。通過(guò)電子衍射、同步輻射掠入射 X 射線散射發(fā)現(xiàn)，制備得到的納米線取向單一，導(dǎo)電的少層鈣鈦礦和丁胺基離子層層組裝，形成超晶格結(jié)構(gòu)。通過(guò)測(cè)量不同高度納米線的熒光和光電導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦層的邊緣能夠有效地分裂激子，產(chǎn)生并傳導(dǎo)自由載流子，從而實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的光電導(dǎo)。基于此納米線制備的光電探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了 10 4 A/W 以上的響應(yīng)度和 7×10 15 Jones 以上的探測(cè)度，是目前世界上最靈敏的鈣鈦礦光電探測(cè)器，比傳統(tǒng)的硅光電二極管性能高出 2-3 個(gè)數(shù)量級(jí)。

相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在 《自然-電子學(xué)》上， 并被 作為 highlight 報(bào)道。相關(guān)研究得到了科技部重點(diǎn)專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目及北京市自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的資助。

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二維鈣鈦礦單晶納米線陣列邊緣態(tài)光電導(dǎo)機(jī)理