研究背景：壓力作為重要的熱力學(xué)影響因素，可以有效縮短原子間距，增強(qiáng)電子軌道耦合，進(jìn)而改變物質(zhì)的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)，從而揭示材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系，并在發(fā)現(xiàn)新結(jié)構(gòu)、新現(xiàn)象和闡釋新機(jī)制方面發(fā)揮著重要作用。
成果簡介：研究發(fā)現(xiàn)，壓力可以有效改變鈣鈦礦材料的光電特性，并且在一定的壓力范圍內(nèi)可以提升器件的光電性能。鈣鈦礦材料的載流子壽命，載流子遷移率和遷移距離是決定器件性能的重要參數(shù)。因此，了解這些核心參數(shù)在壓力作用下如何變化對(duì)于理解壓力對(duì)鈣鈦礦器件光電性能的影響至關(guān)重要。高壓下鈣鈦礦材料的研究主要在金剛石對(duì)頂砧壓腔內(nèi)完成，受到壓腔空間以及傳壓介質(zhì)限制，采用傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)高壓下載流子輸運(yùn)性能測量具有巨大挑戰(zhàn)。本工作中，該團(tuán)隊(duì)通過將金剛石對(duì)頂砧與時(shí)空分辨熒光掃描成像等技術(shù)相結(jié)合，首次在高壓環(huán)境下直接觀測到三維鈣鈦礦MAPbI3單晶中的載流子輸運(yùn)過程，并發(fā)現(xiàn)在0.4-5.7 GPa壓力范圍內(nèi)，三維鈣鈦礦MAPbI3單晶的擴(kuò)散系數(shù)比常壓提高30%以上，載流子依然可以保持5- 8 μm遷移距離。同時(shí)，結(jié)合高壓下X射線衍射和拉曼光譜等表征技術(shù)，證明了MAPbI3單晶在0.3-0.4 GPa發(fā)生了由四方相到立方相的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，在~3 GPa發(fā)生了等結(jié)構(gòu)相變。本工作揭示了壓力對(duì)三維鈣鈦礦MAPbI3載流子輸運(yùn)的影響，并為利用壓力來調(diào)節(jié)或優(yōu)化鈣鈦礦的光電特性提供了新思路。相關(guān)研究成果以“Excellent Carrier Transport Property of Hybrid Perovskites Sustained under High Pressures”為題，發(fā)表在ACS Energy Letters,7, 154-161(2022)。
ACS Energy Letters是美國American Chemical Society（ACS）出版社創(chuàng)辦的材料能源科學(xué)領(lǐng)域的旗艦期刊，刊文質(zhì)量得到了學(xué)術(shù)界高度認(rèn)可。2021年影響因子已達(dá)到23.101。
圖：高壓下鈣鈦礦單晶載流子傳輸特性及物理機(jī)制研究
作者簡介：論文第一作者為大連理工大學(xué)微電子學(xué)院2018級(jí)博士生尹延峰，師從邊繼明教授和中科院大連化學(xué)物理研究所金盛燁研究員（國家杰出青年基金獲得者）。該成果得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“納米科技”重點(diǎn)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的支持。尹延峰一直從事鈣鈦礦中的載流子動(dòng)力學(xué)研究，博士期間獲得校博士生學(xué)術(shù)之星提名獎(jiǎng)、優(yōu)秀研究生等稱號(hào)。在Joule、Advanced Functional Materials、ACS Energy Letters、ACS Applied Materials & Interfaces等材料能源領(lǐng)域國際期刊發(fā)表論文近10篇。
