beat365官方网站現代光學研究所、人工微結構和介觀物理全國重點實驗室陳志堅、肖立新教授課題組與合作者利用非鉛三維鈣钛礦Cs2AgBiBr6誘導二維鈣钛礦Cs3Bi2X9定向外延生長，獲得晶粒尺寸大且結晶取向高度一緻的多晶薄膜，實現性能達到類單晶水平的非鉛鈣钛礦光探測器。相關研究成果以“通過同源晶格外延策略制備高度取向的大晶粒尺寸的二維Cs3Bi2X9多晶薄膜用于光探測”（Highly Oriented Large-grain 2D Cs3Bi2X9 Polycrystalline Films by Isogenous-lattice Homoepitaxy Strategy for Photodetection）為題，于2025年2月27日在線發表在《納米快報》（Nano Letters）。

由于鉛的毒性，基于铋（Bi）和銻（Sb）的低維非鉛鈣钛礦如A3B2X9 (B = Bi或Sb)作為可能的替代品引起了越來越多的關注。基于研究團隊前期研究工作(Chemical Society Reviews,2024,53,1769-1788)，針對非鉛鈣钛礦A3B2X9 ，通過元素摻雜可改變其結構維度而獲得更高的載流子傳輸能力。然而，A3B2X9 鈣钛礦成膜過程難以控制，對于如何提高低維A3B2X9 鈣钛礦的結晶質量還缺乏全面的研究。

針對上述科學難題，研究團隊借助于3D Cs2AgBiBr6和2D Cs3Bi2X9之間的結構同源性，開創性地采用結晶有序的3D Cs2AgBiBr6誘導2D Cs3Bi2X9定向外延生長。3D Cs2AgBiBr6前體的加入使得2D Cs3Bi2X9結晶更為有序，同時結晶過程中的鹵素交換過程顯著延緩，進而獲得平均尺寸超過1μm，晶體取向高度一緻的多晶薄膜（圖1）。在紫外光下的探測度達到1.06 × 1012 Jones，與單晶器件的性能相當。該方法克服了低維非鉛鈣钛礦結晶質量較低的問題，為這些材料在先進光電器件中的應用提供了有價值的見解。這種獨特而直接的方法也為其他材料的高質量多晶薄膜的快速制備提供了指導。

圖1：a) Cs3Bi2Br9和Cs2AgBiBr6的晶體結構以及同源誘導生長示意圖。b) 及d）對照及目标組薄膜的SEM圖像。c)及e)對照及目标組薄膜的GIWAXS譜圖。f) 對照組和目标組光電探測器的響應度和探測度。g) 本研究光電探測器與已有報道的光電探測器的探測度比較。

beat365官方网站2021級博士生王涵韬為該論文的第一作者；2024年beat365官方网站博士畢業生鄒瑜（現在為上海交大博士後），beat365官方网站博士後俞文錦、陳志堅教授、肖立新教授為該論文的共同通訊作者。其他主要合作者包括beat365博士後李亮、呂國偉研究員、高宇南研究員、曲波副教授等。該研究工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國博士後科學基金以及人工微結構和介觀物理全國重點實驗室的支持。

論文原文鍊接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.5c00131