近日，中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所在光鐵電固溶體研究方面取得新進展，通過混合“限域”孔洞陽離子的策略設(shè)計制備了具有優(yōu)異光電特性的鹵化物鈣鈦礦光鐵電固溶單晶（PA2FAxMA1-xPb2Br7，PA，F(xiàn)A和MA分別為CH3CH2CH2NH3+、NH2CHNH2+和CH3NH3+，0≤ x ≤1）。
光光鐵電體是一類兼具鐵電極化和優(yōu)異的光電響應(yīng)的晶體材料，與傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料相比其具有獨特的體光伏效應(yīng)（BPVE），在無源光電探測等領(lǐng)域備受關(guān)注。特別的是，光鐵電體所具有的獨特的體光伏效應(yīng)能與其物理特性相互耦合產(chǎn)生新奇的鐵電-光電耦合效應(yīng)，在下一代光電器件中具有廣闊的應(yīng)用前景。新興的二維鹵化物鈣鈦礦是發(fā)展光鐵電體的強有力候選材料，基于其體光伏及耦合效應(yīng)已經(jīng)實現(xiàn)了高靈敏的無源光電探測等功能。多組分固溶是一種調(diào)節(jié)材料結(jié)構(gòu)和改善物理特性的有效策略，通過組分工程形成固溶體可以顯著提高材料的綜合性能。在氧化物鐵電陶瓷及分子基鐵電材料中，多組分固溶已廣泛用來提升材料壓電、熱釋電、光電等物理性能。借鑒于此，發(fā)展鹵化物鈣鈦礦光鐵電固溶體將為增強體光伏效應(yīng)及鐵電-光電耦合效應(yīng)提供巨大的機會。 本工作中，研究人員通過混合“限域”陽離子策略，發(fā)展了鹵化物鈣鈦礦光鐵電固溶體（PA2FAxMA1-xPb2Br7，PA，F(xiàn)A和MA分別為CH3CH2CH2NH3+、NH2CHNH2+和CH3NH3+，0≤ x ≤1），實現(xiàn)了居里溫度的寬范圍調(diào)節(jié)。 
圖 PA2FAxMA1-xPb2Br7的差示掃描量熱曲線(a)；及變溫介電常數(shù)(b)； x=0.7時，即PA2FA0.7MA0.3Pb2Br7，其居里溫度接近室溫。通過簡單的溶液降溫法，生長了該化合物的厘米級單晶。由于鐵電-順電相變附近介電響應(yīng)、鐵電極化等的急劇變化，該化合物在室溫時表現(xiàn)出優(yōu)異的熱釋電及電卡性能，熱釋電系數(shù)高達1.48 μC cm-2 K-1，優(yōu)于當前報道的TGS及無機鐵電固溶體等材料。進一步地，結(jié)合優(yōu)異的熱釋電性能及體光伏效應(yīng)，該化合物展現(xiàn)出明顯的光熱釋電效應(yīng)，實現(xiàn)了自驅(qū)動、高靈敏的光電探測。相較基于單純體光伏效應(yīng)的自驅(qū)動光電探測，響應(yīng)度和探測率提高了1300%。該工作為設(shè)計光電-鐵電耦合強的光鐵電體及拓展其功能應(yīng)用提供了新的研究思路。 
圖 PA2FA0.7MA0.3Pb2Br7的單晶照片(a); 電滯回線(b); 熱釋電性能(c)；及光熱釋電性能(d)； 相關(guān)工作以通訊形式發(fā)表在德國應(yīng)用化學(xué)(Angew. Chem. Int. Ed.)，題目為“Centimeter-Size Single Crystals of Halide Perovskite Photoferroelectric Solid Solution with Ultrahigh Pyroelectricity Boosted Photodetection”。論文通訊作者為青促會化材分會會員劉希濤(第十批會員)。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院基礎(chǔ)前沿研究計劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會等項目的支持。 論文鏈接
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