斯坦福大學今日Nature:層狀鈣鈦礦異質結的定向自組裝

CYM 2年前 (2021-09-16) 4342瀏覽

【引言】

石墨烯和MoS₂等不同二維（2D）結構的精確堆疊重新激發了2D材料發展，從而進一步揭示了它們界面上的獨特現象。這些獨特的界面通常使用機械或基于沉積的方法，以一次構建一個單層的方式來構建異質結。層狀異質結的批量合成幾乎完全使用高溫固態合成技術，可以從中分離出金屬氧化物，硫化物，磷化物和鹵化物基材料。這些材料通過一種稱為共生的過程形成，即一種結構在另一種結構表面的結晶。然而，發現的這些材料的結構多樣性是有限的，每種結構都是來自有限反應空間。相比之下，層狀有機-無機鹵化物鈣鈦礦以其結構可調性和低溫合成而聞名。在層狀鈣鈦礦中，有機或無機離子通常是烷基銨陽離子，通過形成有機雙層來分隔鈣鈦礦片。通過調整有機陽離子的結構，可以預測合成大量的鹵化物鈣鈦礦。自組裝是一種可擴展的技術，其中復雜的材料可以在溶液中選擇性地形成。

今日，美國斯坦福大學Hemamala I. Karunadasa教授（通訊作者）展示了一種在水溶液中將層狀鈣鈦礦-非鈣鈦礦異質結自組裝成大單晶的合成策略。使用雙功能有機分子作為導向基團，作者分離出了六層異質結，其形狀為具有不同無機晶格的鈣鈦礦板的交錯，這也是以前未知的鈣鈦礦晶體。在許多情況下，這些共生晶格是典型無機結構類型的二維同系物。研究表明，這些化合物是第一個使用有機模板形成的層狀鈣鈦礦異質結，并通過單晶X射線衍射表征得到驗證。值得注意的是，這種無機結構的交錯可以顯著改變能帶結構。光學數據和第一性原理計算表明，鈣鈦礦和共生層之間的實質性耦合，導致分布在兩個亞晶格上的新電子躍遷。鑒于鹵化物鈣鈦礦的技術前景，這種直觀的合成路線為在水中自組裝，從而定向合成結構豐富的復雜半導體奠定了基礎。相關研究成果以“Directed assembly of layered perovskite heterostructures as single crystals”為題發表在Nature上。