【儀表網 研發快訊】無機非鉛鈣鈦礦因其優異的光電子性能、可調控的帶隙以及較長的載流子擴散長度，在替代傳統鉛基鈣鈦礦并推動光電子器件商業化方面展現出巨大潛力。然而，鈣鈦礦薄膜在制備過程中存在不可控成核與晶體生長這一特征問題，嚴重降低了薄膜質量，進而給光電子器件性能的提升帶來巨大挑戰。因此，深入揭示鈣鈦礦成核階段的缺陷形成機制，并開發有效的抑制策略，對于進一步推動光電子器件的發展具有重要意義。
基于上述背景，西安交通大學前沿院邵金友、孫柏教授團隊報道了一種利用雙親長鏈“Tween 80”封閉鈣鈦礦Cs2AgBiBr6成核的限制策略。借助原位表征技術和第一性原理計算，該研究團隊創新的提出了一種特異性抑制溴空位形成的動力學模型。其中，Tween 80的疏水部分(油酸鏈+酯基)從源頭上抑制了溴空位的形成，根據軟硬酸堿理論，銀離子和鉍離子可以與酯氧原子形成穩定的配位鍵。這種配位有效地將金屬陽離子“鎖定”在八面體中心，減輕了熱振動或晶格應變引起的配位崩塌，從而降低了溴離子脫附的驅動力。此外，Tween 80的親水部分(PEO鏈)可以通過八面體橋接位點的偶極-陰離子相互作用錨定溴離子。通過計算得出PEO鏈中的單個C、H和O原子與鈣鈦礦八面體橋接位點相互作用時體系的形成能均為負值(Abs-C = -1.58 eV，Abs-H = -0.46 eV，Abs-O = -1.53 eV)，表明這些原子吸附到鈣鈦礦晶體結構上是一個熱力學自發過程。PEO鏈在晶體表面吸附產生空間位阻，調節結晶速率，這為溴離子擴散到有序晶格位點提供了充足時間，進一步抑制了溴空位的形成。
通過精確控制Tween 80封閉程度，研究團隊制備了大晶粒尺寸、無針孔、高結晶度、超高光致發光強度的Cs2AgBiBr6薄膜。為了評估其在光電子器件中的性能表現，研究團隊通過垂直堆疊工藝制備了鈣鈦礦基光電憶阻器，該憶阻器兼具電子突觸功能(ESF)和瞬態光響應(TPR)特性。利用電刺激下的ESF在MNIST識別任務中達到了91%的識別準確率。在光刺激下，它展示出20 ms響應時間的TPR、931.7 s的超長耐久性，以及在5 Hz下超103次循環定性。在應用方面，所制備光電憶阻器通過多波長光脈沖編程實現了全光控寫入和擦除，能夠完成復雜的全光控圖像處理任務。此外，作者們特別展示了一種基于光電憶阻器的全光控鞘內藥物注射系統，最高可支持六種特定的藥物釋放策略。該工作為調控鈣鈦礦成核提供了可參考的封閉工藝和理論支持，也展示了光電憶阻器在全光控鞘內藥物注射系統中的應用前景。
該研究成果發表于國際材料領域權威期刊《先進材料》(Advanced Materials)。論文第一作者為西安交大前沿院博士生郜凱凱和曹澤霖，通訊作者為邵金友、孫柏和閆先俠教授。
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