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新技術可在原子水平上調(diào)控鈣鈦礦材料結構

新華社北京10月15日電 美國研究人員開發(fā)出一項新的材料工程技術,可在原子水平上調(diào)控層狀雜化鈣鈦礦(LHP)的結構,使其能更高效地將電荷轉化為光,有助于開發(fā)下一代發(fā)光二極管和激光裝置等。相關論文發(fā)表在美國學術期刊《材料》上。

鈣鈦礦是一類有著特殊晶體結構的鈣鈦氧化物,被廣泛應用于光電領域。在這些材料中,薄薄的鈣鈦礦層由有機物層隔開,形成LHP。雖然這種材料的應用前景廣闊,但長期以來,如何精確控制其結構以提升性能始終是研究中的難題。

來自北卡羅來納州立大學的研究人員發(fā)現(xiàn),要提升LHP的性能,關鍵是掌握材料制備時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個原子,最終形成的每層LHP材料的厚度也會是2個原子;隨著薄層厚度的增加,LHP材料的厚度也相應增加。

這些極薄的LHP層被稱為量子阱,其特性在量子效應下尤為顯著。較薄的量子阱具有較高的能量,而能量自然會從這些高能的量子阱向低能的流動。通過逐步增加材料層的厚度來形成一個理想的能量級連,能更有效地傳遞能量。例如,能量從2個原子厚的層開始流動,經(jīng)過3個和4個原子厚的層,最后到達5個原子厚的層,這種方式比直接跳到5個原子厚的層更有效率。

在認識到納米薄層的關鍵作用后,研究團隊通過在材料制備過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,形成理想的能量級連。他們還發(fā)現(xiàn),這種技術不僅對LHP有效,還可以用來改良其他類型的鈣鈦礦材料,這對開發(fā)更高效的太陽能發(fā)電設備具有重要的推動意義。

通過這項研究,科學家們?yōu)楦纳瓢l(fā)光技術提供了一條新的路徑,有助研發(fā)更高效、更節(jié)能的發(fā)光二極管和激光設備。

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