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蘇州大學(xué),最新Nature Chemistry
  發(fā)布日期:2023-12-06

橫向外延生長二維有機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)

二維有機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)

橫向或垂直外延生長模式下的二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)由于具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì),在設(shè)計(jì)下一代光電子方面顯示出了巨大的潛力。然而,目前來說,橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和合成主要集中在無機(jī)成分上,而2D有機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的橫向外延生長仍然鮮有報(bào)道。

二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)

使用有機(jī)單晶是半導(dǎo)體科學(xué)、光電子和光子集成電路技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。特別是,2D有機(jī)單晶作為光電器件的構(gòu)建塊的使用由于其具有大表面積、最小缺陷、可調(diào)物理化學(xué)性質(zhì)和低成本溶液處理能力等優(yōu)點(diǎn)而引起了人們的極大關(guān)注。到目前為止,2D有機(jī)晶體在光電子領(lǐng)域顯示出了許多極具前景的應(yīng)用,包括晶體管、p–n二極管、光伏/光電檢測(cè)器件、有機(jī)發(fā)光晶體管和有機(jī)激光器。隨著2D有機(jī)晶體開發(fā)的不斷進(jìn)步,進(jìn)一步探索其潛力需要對(duì)其化學(xué)成分和光電性質(zhì)進(jìn)行精確的空間調(diào)制以便創(chuàng)建2D有機(jī)橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)(OLH)。此外,通過充分利用有機(jī)分子的無限多樣性,有機(jī)2D晶體可以靈活組合形成各種橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)。原則上,OLH的制備可以通過在現(xiàn)有2D有機(jī)晶體的邊緣連續(xù)生長另一種有機(jī)晶體來實(shí)現(xiàn)。然而,盡管概念上很簡單,但由于難以控制兩種2D晶體的成核位置和取向,如晶格失配和鈍化邊緣,2D OLH的生長仍然是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

橫向外延生長OLH

有鑒于此,蘇州大學(xué)廖良生教授、鄭敏教授和王雪東教授等人將液相生長和氣相生長兩種方法的結(jié)合,從苝和苝甲醛衍生物成功合成了2D OLH,其橫向尺寸約為20?μm,厚度可調(diào)(范圍從20到400?nm)。研究發(fā)現(xiàn),2D晶體的螺旋位錯(cuò)生長行為顯示了原子在晶格內(nèi)呈螺旋排列,這避免了OLH的體積膨脹和收縮,從而最大限度地減少了橫向連接缺陷。通過氣相生長方法,作者可對(duì)2D晶體的成核和順序生長進(jìn)行選擇性控制,從而可進(jìn)一步導(dǎo)致2D OLH的結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)。因此,所得OLH顯示出良好的光傳輸能力和可調(diào)的空間激子轉(zhuǎn)換,可用于光子應(yīng)用。研究還認(rèn)為,這種合成策略可以推廣到其他有機(jī)多環(huán)芳烴家族。相關(guān)工作以“Lateral epitaxial growth of two-dimensional organic heterostructures”為題發(fā)表在Nature Chemistry。

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