De kristaltechniek van onderzoekers modificeert 2D metaalhalogenide perovskieten in 1D nanodraden

Ingenieurs van Purdue University hebben een methode ontwikkeld waarvoor patent is aangevraagd om hoogwaardige, gelaagde perovskiet-nanodraden met grote aspectverhoudingen en afstembare organisch-anorganische chemische samenstellingen te synthetiseren.

Letian Dou, de Charles Davidson Associate Professor of Chemical Engineering aan het College of Engineering en universitair hoofddocent scheikunde, leidt met beleefdheid een internationaal team dat bestaat uit postdoctoraal onderzoeksassistent Wenhao Shao en afgestudeerd onderzoeksassistent Jeong Hui Kim van de Davidson School of Chemical Engineering .

Dou zei dat de Purdue-methode gelaagde perovskiet-nanodraden creëert met uitzonderlijk goed gedefinieerde en flexibele holtes die een breed scala aan ongebruikelijke optische eigenschappen vertonen die verder gaan dan conventionele perovskieten.

“We hebben anisotrope emissiepolarisatie waargenomen, golfgeleiding met laag verlies onder de 3 decibel per millimeter en efficiënte laagdrempelige lichtversterking onder de 20 microjoule per vierkante centimeter”, zei hij. “Dit komt door de unieke 2D-kwantumopsluiting in de 1D-nanodraad en de sterk verbeterde kristalkwaliteit.”

Het onderzoek is geweest gepubliceerd in het journaal Wetenschap. Dou en zijn team maakten hun innovatie bekend bij het Purdue Innovates Office of Technology Commercialization, dat een patent heeft aangevraagd bij het Amerikaanse Patent and Trademark Office om het intellectuele eigendom te beschermen.

Nieuwe methode versus traditionele methode

Shao zei dat gelaagde metaalhalide-perovskieten, gewoonlijk 2D-perovskieten genoemd, in oplossing kunnen worden gesynthetiseerd en hun optische en elektronische eigenschappen kunnen worden afgestemd door hun samenstelling te veranderen. Ze groeien gemakkelijk uit tot grote, dunne platen, maar de groei van eendimensionale vormen van de materialen is beperkt.

“Traditionele methoden zoals dampfasegroei of lithografisch getemperde oplossingsfasegroei hebben een hoge verwerkingscomplexiteit en -kosten”, zei hij. “Ze hebben ook een beperkte schaalbaarheid en ontwerpflexibiliteit.”

Kim zei dat de Purdue-methode gebruik maakt van organische sjabloonmoleculen die de symmetrie in het vlak van gelaagde perovskieten doorbreken en eendimensionale groei induceren door middel van secundaire bindingsinteracties.

“Specifiek introduceren deze moleculen waterstofbruggen in het vlak die compatibel zijn met zowel de ionische aard als de octaëderafstand van halogenide perovskieten,” zei ze. “Nanodraden van gelaagde perovskieten zouden gemakkelijk kunnen worden geassembleerd met aanpasbare lengtes en holtes van hoge kwaliteit om een ​​ideaal platform te bieden voor het bestuderen van laserwerking, lichtvoortplanting en anisotropisch excitonisch gedrag in gelaagde perovskieten.”

Dou zei: “Onze aanpak benadrukt de structurele afstembaarheid van organisch-anorganische hybride halfgeleiders, die ook een ongekende morfologische controle met zich meebrengt voor gelaagde materialen. Dit werk doorbreekt echt de grens tussen de traditionele 1D- en 2D-nanomaterialen, waarbij verschillende kenmerken worden gecombineerd in één materiaalsysteem en opening veel nieuwe mogelijkheden.”

“Dit is slechts het begin van een opwindende nieuwe richting”, zei Dou. “We ontwikkelen momenteel nieuwe samenstellingen en structuren om de laserprestaties en stabiliteit verder te verbeteren. We onderzoeken ook grootschalige patroonvorming van deze 1D-nanostructuren om geïntegreerde fotonische circuits te bouwen. We zijn ook geïnteresseerd in samenwerking met de industrie om de chemie op te schalen en apparaattoepassingen.”