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 有機 - 無機鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的光電性質(zhì)，應用于制備高效率太陽能電池和發(fā)光二極管。鈣鈦礦具備較高的載流子遷移率、較長的壽命和擴散距離，也是一類較為理想的光電探測器材料。但三維鈣鈦礦暗電流對光電探測器的信噪比有較大影響，發(fā)展受到限制。基于多晶薄膜的光電二極管檢測器，雖可抑制暗電流，但無法實現(xiàn)較大的光電導增益，器件靈敏度也不理想。

近日，中國科學院理化技術研究所博士吳雨辰、中科院院士江雷課題組與天津大學教授付紅兵，中科院外籍院士、美國加州大學伯克利分校教授張翔團隊合作，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)光電導效應，并實現(xiàn)了目前世界上最高靈敏度的鈣鈦礦光電探測器。

研究人員通過不對稱浸潤界面，控制二維鈣鈦礦的晶體生長。通過電子衍射、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，導電的少層鈣鈦礦和丁胺基離子層層組裝，形成超晶格結構。通過測量不同高度納米線的熒光和光電導發(fā)現(xiàn)，鈣鈦礦層的邊緣能夠有效地分裂激子，產(chǎn)生并傳導自由載流子，從而實現(xiàn)了優(yōu)異的光電導。基于此納米線制備的光電探測器，實現(xiàn)了 10 4 A/W 以上的響應度和 7×10 15 Jones 以上的探測度，是目前世界上最靈敏的鈣鈦礦光電探測器，比傳統(tǒng)的硅光電二極管性能高出 2-3 個數(shù)量級。

相關研究結果發(fā)表在 《自然-電子學》上， 并被 作為 highlight 報道。相關研究得到了科技部重點專項、國家自然科學基金重點項目及北京市自然科學基金面上項目的資助。

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二維鈣鈦礦單晶納米線陣列邊緣態(tài)光電導機理