新技术可在原子水平上调控钙钛矿材料结构

10月15日电美国研究人员开发出一项新的材料工程技术，可在原子水平上调控层状杂化钙钛矿(LHP)的结构，使其能更高效地将电荷转化为光，有助于开发下一代发光二极管和激光装置等。相关论文发表在美国学术期刊《材料》上。

钙钛矿是一类有着特殊晶体结构的钙钛氧化物，被广泛应用于光电领域。在这些材料中，薄薄的钙钛矿层由有机物层隔开，形成LHP。虽然这种材料的应用前景广阔，但长期以来，如何精确控制其结构以提升性能始终是研究中的难题。

来自北卡罗来纳州立大学的研究人员发现，要提升LHP的性能，关键是掌握材料制备时溶液表面形成的钙钛矿纳米薄层。这些薄层的厚度能够决定最终LHP材料每层的厚度。如果起始薄层的厚度是2个原子，最终形成的每层LHP材料的厚度也会是2个原子；随着薄层厚度的增加，LHP材料的厚度也相应增加。

这些极薄的LHP层被称为量子阱，其特性在量子效应下尤为显著。较薄的量子阱具有较高的能量，而能量自然会从这些高能的量子阱向低能的流动。通过逐步增加材料层的厚度来形成一个理想的能量级连，能更有效地传递能量。例如，能量从2个原子厚的层开始流动，经过3个和4个原子厚的层，最后到达5个原子厚的层，这种方式比直接跳到5个原子厚的层更有效率。

在认识到纳米薄层的关键作用后，研究团队通过在材料制备过程中添加特定的反溶剂，成功控制了LHP材料内部量子阱的尺寸和方向，形成理想的能量级连。他们还发现，这种技术不仅对LHP有效，还可以用来改良其他类型的钙钛矿材料，这对开发更高效的太阳能发电设备具有重要的推动意义。

通过这项研究，科学家们为改善发光技术提供了一条新的路径，有助研发更高效、更节能的发光二极管和激光设备。