二維半導(dǎo)體由于其固有的各向異性、獨特的能帶結(jié)構(gòu)和高度可調(diào)的特性，在光電領(lǐng)域引發(fā)了廣泛的研究興趣。特別是，二維半導(dǎo)體中鐵電性的發(fā)現(xiàn)為這一領(lǐng)域注入了新的活力，其各向異性、鐵電性和半導(dǎo)體特性的耦合將為下一代光電應(yīng)用提供理想平臺。 二維有機(jī)-無機(jī)鹵化物鈣鈦礦因其強(qiáng)的各向異性而受到極大的關(guān)注，其有機(jī)陽離子的高運動自由度和無機(jī)框架的大偏心位移為產(chǎn)生對稱性破缺和鐵電性提供可能。近年來，鍺基鹵化物鈣鈦礦頗受關(guān)注，Ge2+中孤對電子的顯著立體化學(xué)表達(dá)有利于引起強(qiáng)的八面體畸變和對稱性破缺。探索二維鍺基鹵化物鈣鈦礦鐵電半導(dǎo)體對于理解二維尺度上鐵電性和半導(dǎo)體特性的相互作用具有重要意義。
近日，中國科學(xué)院福建物構(gòu)所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點實驗室“無機(jī)光電功能晶體材料”羅軍華研究員、劉希濤研究員團(tuán)隊基于分子降維的策略，將大尺寸烷基胺引入3D CsGeI3，獲得了一系列二維層狀鍺碘鈣鈦礦鐵電半導(dǎo)體A2CsGe2I7[其中A = PA (正丙胺)，BA (正丁胺)和AA (正戊胺)]，這些化合物表現(xiàn)出優(yōu)異的鐵電特性、半導(dǎo)體特性及體光伏效應(yīng)。 單晶X射線衍射結(jié)果分析表明這些化合物均結(jié)晶于極性空間群Cmc21，其有機(jī)組分與無極框架沿a軸方向堆疊，表現(xiàn)出強(qiáng)的結(jié)構(gòu)各向異性。受Ge2+中強(qiáng)孤對電子立體化學(xué)活性表達(dá)的影響，其[GeI6]4-八面體表現(xiàn)出大的畸變。其中Ge與I形成三個長鍵、三個短鍵，表現(xiàn)出大的偏心位移，有利于產(chǎn)生大的自發(fā)極化。進(jìn)一步地，作者利用雙波法表征了這些化合物的鐵電性能，其自發(fā)極化高達(dá)10.5 μC/cm2，優(yōu)于許多已報道的鉛基類似物。 結(jié)合優(yōu)異的鐵電特性與半導(dǎo)體特性，化合物BA2CsGe2I7表現(xiàn)出獨特的體光伏特性，短路電流密度高達(dá)81.25 μA/cm2。同時其體光伏電流表現(xiàn)出對光偏振角度的依賴性，在自驅(qū)動偏振光電探測方面展現(xiàn)出巨大潛力。 該工作利用分子降維的策略，提供了一種全新的具有優(yōu)異鐵電性能與半導(dǎo)體特性的二維鐵電半導(dǎo)體體系，為實現(xiàn)各向異性、鐵電性、半導(dǎo)體特性的耦合提供了理想平臺。 論文信息 Two-Dimensional Layered Germanium Iodide Perovskite Ferroelectric Semiconductors Xiaoqi Li, Jie Bie, Qianxi Wang, Kai Li, Yicong Lv, Xiantan Lin, Shuang Chen, Prof. Zhihua Sun, Prof. Xitao Liu, Prof. Junhua Luo Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202424058
