楊培東PANS：陰離子交換合成空間分辨多色 CsPbX3納米線異質結

【引言】

鹵化物鈣鈦礦納米線異質結是基礎研究和技術的理想平臺應用。可以在升高時檢查離子遷移動力學溫度等重要的研究工作目前是針對鉛鹵化物為主的鈣鈦礦，由于其特殊的光電子和光伏特性。除了多晶薄膜，各種基于溶液的合成路線鹵素鈣鈦礦的低維納米結構已經被開發出來了。最近證明，控制大小，形狀，混合鹵化物組成，從而產生了帶隙和發射波。快速離子交換動力學鹵化物，鈣鈦礦與低缺陷形成能有關并存在大量的空缺，使得離子在晶格中高度高度的移動。結果，陰離子交換鹵化鈣鈣鈦礦的反應有利于形成均質合金。如果交換反應可以定位在特定位置，那么可能產生具有良好限定的半導體圖案的襯底異質結。圖案化的半導體異質結是對于大規模高密度集成的制造至關重要電子和光子器件。

【成果簡介】

近日，美國加州伯克利大學的科學家楊培東教授（通訊作者）在PANS上發表了題為“Spatially resolved multicolor CsPbX₃ nanowire heterojunctions via anion exchange” 的文章。該研究團隊展示空間分辨的CsPbX₃（X=Cl，Br，I或兩種鹵化物的合金）具有像素尺寸的半導體納米線異質結和多種發射顏色。選區陰離子交換從溴化銫到氯化銫氯化鉛或碘化物通過反應在高空間分辨率下實現使用電子束的高空間分辨率的窗口光刻。觀察到尖銳的結，表明具有不同的光學和異質結界面的電子特性。成功地制作了CsPbBr₃板上錯綜復雜的圖案。

【圖文導讀】

圖1?銫鹵化鉛鈣鈦礦納米線異質結制備和PL表征

（A）CsPbBr₃納米線的光學顯微鏡圖像；

（B）陰離子交換后部分涂覆有PMMA的CsPbBr₃納米線；

（C）陰離子交換后除去PMMA后的CsPbBr₃納米線；

（D）部分溴化物部分氯化納米線在激光下的光學圖像；

（E）圖D對應PL發射光譜；

（F）在激光激發下部分溴化物部分碘化物納米線的光學圖像；

（G）圖F對應的PL發射光譜。

圖2 異質結納米線的元素分布

（A）SEM 和EDS異質結納米線上的元素映射。綠色：溴；藍色：

氯；紫色：鉛；黃色：銫；

（B）異質結的SEM圖像納米線和相應的氯和溴分布沿納米線。

圖3 異質結的形態和電子結構

（A）典型的Br-Cl交換異質結的三維AFM拓撲圖；

（B）相應的高度異質結納米線的輪廓；

（C）異質結納米線的KPFM表面電位映射的三維視圖；

（D）相應跨接點界面（紅色曲線）的電位分布與相應的AFM高度分布（藍色曲線）；

（E）純粹的CsPbBr₃和CsPbCl₃納米線通過定量KPFM測定。綠色和藍色方塊表示純CsPbBr₃和CsPbCl₃的帶隙；

（F）CsPbBr₃-CsPbCl₃異質結納米線的擬帶狀取向；

（G）KPFM表面電位映射的三維視圖的多段異質結納米線（每段約3μm長）和沿納米線的相應電位分布。

圖4 不同類型異質結的共聚焦PL映射

（A-C）部分溴化物部分氯化物納米線的共焦PL圖譜；

（D-F）溴化物超晶格納米線的共焦PL圖譜；

（G-I）共聚焦PL映射和像素尺寸低于500nm的溴化物超晶格納米線的光學圖像；

（J）三色異質結納米線的共焦PL圖譜；

【小結】

該研究團隊通過使用陰離子交換化學結合納米制造是創造高品質的強大工具半導體異質結和納米圖案。鹵化鈣鈣鈦礦中的固態離子擴散速率為比預期慢得多。鹵化鈣鈦礦納米線異質結為基礎研究提供了理想的平臺技術應用。多色激光器或LED可以使用這種局部異質結制造；量相互擴散和離子遷移動力學可以在下面進行檢查溫度升高等等。更深入地了解異質結，鹵化鈣鈣鈦礦可以發現實際應用在大型電子電路，信息存儲和全彩色顯示器。

文獻鏈接：Spatially resolved multicolor CsPbX₃ nanowire heterojunctions via anion exchange（PANS, 2017, DOI: 10.1073/pnas.1703860114）

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