新策略可合成有序度可控一維鈣鈦礦半導(dǎo)體材料

近日，華東理工大學(xué)教授侯宇、楊化桂、楊雙團(tuán)隊(duì)，將分子有序度概念應(yīng)用于鈣鈦礦材料，通過對(duì)萘基及喹啉基分子配位位點(diǎn)的精確調(diào)控，設(shè)計(jì)合成了一系列分子有序度可控的新型一維鈣鈦礦半導(dǎo)體材料，為探索新型低維鈣鈦礦半導(dǎo)體材料、進(jìn)一步協(xié)同提高鈣鈦礦材料在X射線探測應(yīng)用中的性能和穩(wěn)定性提供了新思路。相關(guān)研究發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》。

有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料因其可調(diào)的結(jié)構(gòu)和帶隙、優(yōu)異的光電性質(zhì)以及簡便的制造工藝，被認(rèn)為是最具發(fā)展?jié)摿Φ男滦桶雽?dǎo)體材料之一。這類材料通常由無機(jī)金屬鹵化物骨架與有機(jī)功能分子按特定堆疊方式構(gòu)成，將電活性功能分子應(yīng)用于鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)有望顯著提升材料的光電性質(zhì)，但有機(jī)分子排列方式對(duì)電荷傳輸?shù)挠绊憴C(jī)制尚未明晰。

研究團(tuán)隊(duì)合成的系列一維鈣鈦礦半導(dǎo)體材料中，有機(jī)分子結(jié)構(gòu)有序的5-氨基喹啉鉛碘（5-AQPI4）僅具有1個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和2個(gè)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的最高有序度，其載流子遷移率-壽命積大幅提升，證實(shí)了分子有序提高低維鈣鈦礦電荷輸運(yùn)性能的新機(jī)制。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，5-AQPI4晶體[011]取向上陽離子間具有強(qiáng)烈的π-π堆疊，形成了高效的電荷載流子傳輸通道，同時(shí)有序分子抑制了離子遷移行為，解耦了電荷載流子和離子的傳輸。

基于上述傳輸特點(diǎn)，研究團(tuán)隊(duì)將5-AQPI4晶體構(gòu)建的[011]取向探測器件用于X射線探測應(yīng)用。測試結(jié)果顯示，該探測器件可在高工作電場下穩(wěn)定工作，靈敏度和探測極限均表現(xiàn)優(yōu)異。

鈣鈦礦分子有序度概念示意圖。圖片由研究團(tuán)隊(duì)提供