近日,深圳大学电子科学与技术学院专职研究员张豫鹏博士和深圳大学二维材料光电科技联合实验室张晗教授在物理学顶级刊物PhysicsReports-ReviewSectionofPhysicsLetters上撰写并发表题为PhotonicsandOptoelectronicsUsingNanostructuredHybridPerovskitemediaandtheirOpticalCavities的长篇综述。该综述论文是自PhysicsReports年创刊以来,以中国大陆科研机构为单位发表的第五十篇论文、光学领域的第六篇论文,也是广东省内科研机构在材料与器件物理和光学领域发表的第一篇论文。
这篇厉害的论文介绍了什么?
该综述系统地介绍了金属卤化物钙钛矿及其纳米结构的光电特性(包括载流子迁移率、激子束缚能、陷阱态密度、荧光量子产率、载流子扩散距离、光学常数等),以及组分结构调控对其光电特性的影响;解析了等离激元和光学微腔中的基本物理参数;并进一步阐明了金属卤化物钙钛矿纳米结构与等离激元和光学微腔耦合过程中的光学效应,例如:等离激元耦合中的远场散射、近场增强、能量转移以及电荷转移等效应;光学微腔耦合中由钙钛矿纳米线、纳米棒等构建的法布里-珀罗腔(Fabry–Pérotcavities)、由钙钛矿纳米片等构建的回音壁腔(Whispering-gallery-modecavities)、以及光子晶体和布拉格反射腔体等。
在此基础上,该文章全面综述了近年来金属卤化物钙钛矿纳米结构与等离激元和光学微腔耦合在光电子器件如光探测器、太阳能电池、LED及显示、纳米激光器、光波导与调制、非线性光学器件等领域的研究现状与发展趋势。
综述的最后详细构建了金属卤化物钙钛矿纳米结构的发展未来,包括:1.从电子到宏观层面多尺度模拟以及通过材料基因工程,加速新型钙钛矿材料的筛选及高效确定。2.在钙钛矿纳米结构中构建介电常数为零或近零模式,实现光与物质相互作用调控的新方式。3.实现钙钛矿纳米结构和半导体等离激元/光学微腔的高效耦合。4.实现钙钛矿纳米结构在传感器、量子计算等领域的突破。
传统的光电子器件的弊端
随着纳米材料和微纳加工技术的高速发展,光电子器件进一步向着微型化与集成化方向发展。但是由于衍射极限的限制,传统的光电子器件难以实现其在纳米层面和结构上的相关应用,寻找新型光电子器件材料成为迫切的需要。
在纳米尺度上探索并调控光与物质相互作用对信息光电子器件的发展至关重要。这其中,等离激元和光学微腔耦合是两种重要的调控手段。局域表面等离激元可以把电磁场的能量限域在一个很小的尺度,为研究和调控光与物质相互作用提供了良好的体系;而光学微腔则是一种利用光在介电常数不连续的材料界面反射、散射或者衍射,将光限制在微纳米量级区域的光学谐振腔。
如何将钙钛矿纳米结构与等离激元或光学微腔耦合,系统研究并调控其光与物质相互作用,对于构建新型光电子器件具有重要意义。
优秀的钙钛矿材的光明前景
近年来,金属卤化物钙钛矿材料(ABX3,其中,A位为单价有机或无机组元,B位为二价金属离子,X位为卤族离子)因其优异的光电性能成为目前光电领域的明星材料,在太阳能电池、激光器、光电探测器、场效应晶体管、发光二极管等诸多领域受到了广泛