有機-無機雜化鈣鈦礦（HOIP）半導體具有可調(diào)帶隙和熒光、高載流子遷移率以及長有效擴散長度等優(yōu)異的物理特性，使其成為光電子領(lǐng)域前景廣闊的功能材料。HOIP具有ABX3結(jié)構(gòu)（其中X為鄰位共享的鹵化物陰離子，通常陽離子A=甲銨/甲脒(MA/FA)，B=Pb2+/Sn2+）。通過在A位引入手性陽離子，可以構(gòu)建出各種手性HOIP，從而極大地拓展了HOIPs在電路電子、電路自旋電子、鐵電和非線性光學領(lǐng)域的應(yīng)用。然而，由于這些手性A位陽離子晶體結(jié)構(gòu)的立體限制，目前已報道的手性HOIP單晶僅具有零維/一維/二維（0D/1D/2D）結(jié)構(gòu)。而三維（3D）手性HOIP單晶仍然處于理論預測階段。與0D/1D/2D HOIPs相比，三維HOIPs的晶體框架在所有維度上都由鹵化物連接，因此不受維度限制，具有很高的載流子遷移率。因此，有望在其應(yīng)用中實現(xiàn)高性能。
在此，南京師范大學徐翔星教授聯(lián)合清華胡憾石教授和王訓教授報告了一種生長具有手性光學活性的單晶三維鹵化鉛鈣鈦礦的通用方法。以MAPbBr3（MA，甲基銨）鈣鈦礦為例子，非手性 MAPbBr3 通過逆溫結(jié)晶法從溶液中的前驅(qū)體結(jié)晶，而作為成核劑的微粒或納米粒子的加入促進了手性晶體在接近平衡狀態(tài)下的形成。計算支持的實驗表征表明，三維 APbX3（其中 A 是銨離子，X 是 Cl、Br 或混合 Cl-Br 或 Br-I）鈣鈦礦的手性來自A位陽離子的手性模式及其與鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中 [PbX6]4- 八面體的相互作用。手性結(jié)構(gòu)符合最低能原理，因此熱力學上是穩(wěn)定的。手性三維混合有機-無機鈣鈦礦成功地應(yīng)用于圓偏振光光電探測器原型。相關(guān)成果以“Nucleation-mediated growth of chiral 3D organic–inorganic perovskite single crystals”為題發(fā)表在《Nature Chemistry》上。
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