闽都创新实验室高居里温度“光铁电半导体”获得进展

图：分子设计获得高居里温度“光铁电体”

　　光铁电体是光生载流子与铁电极化相互耦合表现出优异光电性能的一类铁电材料，在下一代光电器件中具有重要的应用前景。光铁电体展现自发极化和半导体光电导特性，表现出丰富的物理性能，特别是光辐照下产生新颖的光铁电现象，如铁电光伏效应、光折变和光致形变效应等。闽都创新实验室“无机光电功能晶体材料”罗军华研究员团队以创制强光电耦合的新型光铁电晶体材料为主要目标，成功设计制备出系列铁电极化与半导体光生载流子耦合的杂化光铁电体，开辟了杂化“光铁电半导体”研究新领域；发展出新一代铁电极化驱动的光电探测技术、高灵敏偏振探测技术及高性能高能射线探测技术。二维多层有机-无机杂化钙钛矿因其具有结构的易于设计性、稳定性及良好的半导体属性，为构造新一类二维光铁电体材料提供了广阔的平台。然而，如何有效地提高二维多层光铁电体的居里温度，并进一步推进其器件的实际应用，是当前光铁电体材料研究一个重要方向。

　　在前期的研究基础上，团队创新结构设计思路，利用精确分子工程修饰的策略，发展了具有高居里温度的二维钙钛矿光铁电体。研究结果发现，通过溴原子取代有机基元中的氢原子，构筑了新的二维钙钛矿材料不仅保持原有的极性结构，而且其铁电相变居里温度有了显著提高（ΔT = 85.4 K）。进一步单晶结构与理论计算分析表明，有机基元与无机骨架之间卤素的相互作用以及重的卤素原子导致了铁电相变能垒提高，从而增加了光铁电体的居里温度。同时，我们结合了铁电极化的本质以及钙钛矿材料优异的半导体特性，基于钙钛矿单晶器件，在其晶体学极轴方向获得了明显铁电光伏效应。该研究工作为设计具有高居里温度的光铁电体提供了新思路，相关研究成果以通讯的形式发表在《美国化学会志》（J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 20, 7593–7598）上，该论文的第一作者为博士生吴振跃。

　　论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c00459

(罗军华团队 供稿）