2D全无机CsPbI3纳米片可控生长及其多光子泵浦受激辐射性能研究

多光子泵浦激光器在光通讯、非线性光学、红外探测等方面具有重要作用。开发高质量增益介质是发展高性能纳米激光器的关键因素。全无机钙钛矿纳米片具有高的吸收系数、大的激子结合能及可调带隙等优异性质。其中,CsPbI3纳米片因其恰到好处的四方形形貌在“回音壁”模式激光器研究中具有天然优势,因而受到研究者广泛关注。但作为非层状结构材料,CsPbI3纳米片的合成过程难以控制,迄今为止,还没有研究者能够开发一种制备厚度可控、高结晶性、大尺寸的四方形CsPbI3纳米片的方法。

针对CsPbI3纳米片难以合成的特点,目前研究者主要液相反极性溶剂析出方法及气相外延生长(VPE)两种方法进行合成。液相的合成方法虽然可以得到超薄CsPbX3 (X=Cl, Br, I)纳米片,但是所得纳米片大小只有10个纳米,不利于集成光电子器件的应用发展。气相外延生长的方法可以得到高结晶性CsPbX3纳米片,但是得到纳米片的厚度为微米级,根本原因在于普通气相外延方法难以控制钙钛矿纳米片扩散及生长的动力学过程。

近期,华中科技大学翟天佑研究团队设计了一种新的空间限域的气相外延的生长方法可控制备CsPbI3纳米片。通过控制限域空间的距离及生长温度,达到对纳米片扩散及生长动力学过程两种机制的控制,从而得到了高结晶性、四方形的纳米片。这种制备方法简单,得到纳米片样品最薄可达6 nm,边长可达10 μm。该纳米片具备较高的结合能(109 eV,),还显现了较为明显的厚度依赖的光致发光现象。基于其优异的光学性能,通过与湖南大学潘安练研究团队合作,开发了兼具低阈值及高品质因子的单光子和双光子泵浦探测能力的CsPbI3纳米片激光器。

该限域空间外延生长的方法不仅为全无机钙钛矿纳米片的可控合成提供了新途径,同时也为二维纳米片合成研究提供了新思路,对未来高性能纳米光电子器件的研究具有重要意义。相关文章在线发表在Advanced Optical Materials(DOI: 10.1002/adom.201800879)上。

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