我院教师在纳米能源领域顶级期刊Nano Energy发表最新研究成果

發布者:趙繼陽發布時間:2020-03-13浏覽次數:127

近日,我校的新型功能材料南京市重點實驗室胡應傑博士與中科院上海光學精密機械研究所、中科院上海高等研究院等國內研究機構合作,在微腔調制寬帶可調諧激光研究領域取得重要進展。該研究實現一種新型寬帶隙可調諧CsPbCl3-3xBr3x納米線狀微腔,並利用密度泛函理論與動力學實驗,解析了該材料離子交換的動力學特征及其內在化學機理,基于微腔規則的幾何結構及寬帶隙調節特性,在單個微腔上成功實現高品質、寬帶可調諧微納激光輸出。相關成果于31日發表于國際納米能源領域頂級期刊Nano Energy(最新影響因子爲15.548)。論文題爲“Energy transfer and wavelength tunable lasing of single perovskite alloy nanowire”(https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104641),胡應傑博士爲共同一作。

具備寬帶可調諧特性的納米線微納激光光源在微型光電子器件方面具有重要應用前景。但是,受制于納米線的窄增益區間,現行研究大多依賴于單個器件上集成多根納米線實現寬帶可調諧激光輸出,極大地阻礙了光電子器件的進一步小型化和集成化。

近年來,由于具備吸收系數高、熒光産率高、光譜調諧範圍大等特性,鈣钛礦材料備受關注。和傳統光學材料相比,鈣钛礦納米線微納激光具備高品質、低阈值、寬帶可調諧特性。由于鈣钛礦材料柔軟的晶格特性,單根鈣钛礦納米線很難實現寬帶可調諧激光輸出。

在該項研究中,研究人員首先通過改進的化學氣相沈積技術制備了高質量鈣钛礦納米線狀微腔,然後基于陰離子固相遷移反應,在單根納米線上成功實現了寬帶隙可調熒光發光。結合密度泛函理論,研究人員解析了鈣钛礦納米結構中陰離子遷移的原子路徑,揭示了離子遷移的基本過程,並闡明其離子遷移的來源——小的離子遷移激活能,爲材料離子遷移、相分離及光學性質的研究奠定了堅實的理論及實驗基礎。動力學實驗進一步佐證了理論結果,隨著反應時間的變化,單根納米線曆經三個主要過程:首先,由發光一致的納米線逐漸變化爲帶隙可調納米線;然後,納米線整體帶隙可調,但是其帶隙隨著反應時間增加而減小;最後,納米線被整體同化,轉化爲發光一致的納米線,但整體發光波長較開始階段紅移。實現的納米線狀微腔具備規則的幾何結構、光滑的表面及寬帶可調諧特性,可同時作爲增益介質及光學微腔,進而實現單根納米線寬帶可調諧激光輸出,實驗上成功獲得了480~525nm的寬帶可調諧微納多色激光。

此項研究解析了鈣钛礦納米結構中離子遷移的原子路徑、基本過程、動力學特征及化學機制,並利用單根納米線狀微腔實現了寬帶可調諧激光輸出,爲分析鈣钛礦材料離子遷移與光電性能的聯系等提供了堅實的理論及實驗基礎,進一步推進了高品質寬帶可調諧微納多色納米激光器的研究進展。

以上研究工作得到了國家自然科學基金以及新型功能材料南京市重點實驗室項目的支持。

寬禁帶納米線及其負離子擴散的動力學和原子尺度機制