橫向外延生長二維有機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)
二維有機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)
橫向或垂直外延生長模式下的二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)由于具有獨特的結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，在設(shè)計下一代光電子方面顯示出了巨大的潛力。然而，目前來說，橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計和合成主要集中在無機(jī)成分上，而2D有機(jī)異質(zhì)結(jié)構(gòu)的橫向外延生長仍然鮮有報道。
二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)
使用有機(jī)單晶是半導(dǎo)體科學(xué)、光電子和光子集成電路技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。特別是，2D有機(jī)單晶作為光電器件的構(gòu)建塊的使用由于其具有大表面積、最小缺陷、可調(diào)物理化學(xué)性質(zhì)和低成本溶液處理能力等優(yōu)點而引起了人們的極大關(guān)注。到目前為止，2D有機(jī)晶體在光電子領(lǐng)域顯示出了許多極具前景的應(yīng)用，包括晶體管、p–n二極管、光伏/光電檢測器件、有機(jī)發(fā)光晶體管和有機(jī)激光器。隨著2D有機(jī)晶體開發(fā)的不斷進(jìn)步，進(jìn)一步探索其潛力需要對其化學(xué)成分和光電性質(zhì)進(jìn)行精確的空間調(diào)制以便創(chuàng)建2D有機(jī)橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)（OLH）。此外，通過充分利用有機(jī)分子的無限多樣性，有機(jī)2D晶體可以靈活組合形成各種橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)。原則上，OLH的制備可以通過在現(xiàn)有2D有機(jī)晶體的邊緣連續(xù)生長另一種有機(jī)晶體來實現(xiàn)。然而，盡管概念上很簡單，但由于難以控制兩種2D晶體的成核位置和取向，如晶格失配和鈍化邊緣，2D OLH的生長仍然是一個相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。
橫向外延生長OLH
有鑒于此，蘇州大學(xué)廖良生教授、鄭敏教授和王雪東教授等人將液相生長和氣相生長兩種方法的結(jié)合，從苝和苝甲醛衍生物成功合成了2D OLH，其橫向尺寸約為20?μm，厚度可調(diào)（范圍從20到400?nm）。研究發(fā)現(xiàn)，2D晶體的螺旋位錯生長行為顯示了原子在晶格內(nèi)呈螺旋排列，這避免了OLH的體積膨脹和收縮，從而最大限度地減少了橫向連接缺陷。通過氣相生長方法，作者可對2D晶體的成核和順序生長進(jìn)行選擇性控制，從而可進(jìn)一步導(dǎo)致2D OLH的結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)。因此，所得OLH顯示出良好的光傳輸能力和可調(diào)的空間激子轉(zhuǎn)換，可用于光子應(yīng)用。研究還認(rèn)為，這種合成策略可以推廣到其他有機(jī)多環(huán)芳烴家族。相關(guān)工作以“Lateral epitaxial growth of two-dimensional organic heterostructures”為題發(fā)表在Nature Chemistry。
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