新技術(shù)可在原子水平上調(diào)控鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)
新華社北京10月15日電 美國(guó)研究人員開發(fā)出一項(xiàng)新的材料工程技術(shù)，可在原子水平上調(diào)控層狀雜化鈣鈦礦(LHP)的結(jié)構(gòu)，使其能更高效地將電荷轉(zhuǎn)化為光，有助于開發(fā)下一代發(fā)光二極管和激光裝置等。相關(guān)論文發(fā)表在美國(guó)學(xué)術(shù)期刊《材料》上。
鈣鈦礦是一類有著特殊晶體結(jié)構(gòu)的鈣鈦氧化物，被廣泛應(yīng)用于光電領(lǐng)域。在這些材料中，薄薄的鈣鈦礦層由有機(jī)物層隔開，形成LHP。雖然這種材料的應(yīng)用前景廣闊，但長(zhǎng)期以來(lái)，如何精確控制其結(jié)構(gòu)以提升性能始終是研究中的難題。
來(lái)自北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，要提升LHP的性能，關(guān)鍵是掌握材料制備時(shí)溶液表面形成的鈣鈦礦納米薄層。這些薄層的厚度能夠決定最終LHP材料每層的厚度。如果起始薄層的厚度是2個(gè)原子，最終形成的每層LHP材料的厚度也會(huì)是2個(gè)原子；隨著薄層厚度的增加，LHP材料的厚度也相應(yīng)增加。
這些極薄的LHP層被稱為量子阱，其特性在量子效應(yīng)下尤為顯著。較薄的量子阱具有較高的能量，而能量自然會(huì)從這些高能的量子阱向低能的流動(dòng)。通過(guò)逐步增加材料層的厚度來(lái)形成一個(gè)理想的能量級(jí)連，能更有效地傳遞能量。例如，能量從2個(gè)原子厚的層開始流動(dòng)，經(jīng)過(guò)3個(gè)和4個(gè)原子厚的層，最后到達(dá)5個(gè)原子厚的層，這種方式比直接跳到5個(gè)原子厚的層更有效率。
在認(rèn)識(shí)到納米薄層的關(guān)鍵作用后，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)在材料制備過(guò)程中添加特定的反溶劑，成功控制了LHP材料內(nèi)部量子阱的尺寸和方向，形成理想的能量級(jí)連。他們還發(fā)現(xiàn)，這種技術(shù)不僅對(duì)LHP有效，還可以用來(lái)改良其他類型的鈣鈦礦材料，這對(duì)開發(fā)更高效的太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備具有重要的推動(dòng)意義。
通過(guò)這項(xiàng)研究，科學(xué)家們?yōu)楦纳瓢l(fā)光技術(shù)提供了一條新的路徑，有助研發(fā)更高效、更節(jié)能的發(fā)光二極管和激光設(shè)備。
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