鉛鹵鈣鈦礦材料具有較高的光吸收系數(shù)、載流子遷移率、電荷擴(kuò)散長度，及較低的缺陷態(tài)濃度等優(yōu)異的光電性質(zhì)，可用于激光器，發(fā)光二極管和光電探測器等。其中，通過溶液旋涂法制備的鈣鈦礦薄膜被廣泛應(yīng)用于各類光電器件。然而，薄膜鈣鈦礦存在高密度的晶界，導(dǎo)致較高的缺陷態(tài)密度，引起更多的無輻射復(fù)合并影響載流子壽命，從而導(dǎo)致器件性能變差。單晶鈣鈦礦相比于多晶鈣鈦礦具有更少的缺陷濃度，更大的載流子遷移率，可以進(jìn)一步提高器件性能。目前，大面積且具有高光學(xué)增益的單晶鈣鈦礦薄膜的制備仍然存在挑戰(zhàn)。
近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究員劉新風(fēng)與北京大學(xué)教授胡小永及張青課題組合作，實(shí)現(xiàn)了在c面藍(lán)寶石襯底上制備大面積CsPbBr3單晶薄膜。相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Nano上。
該研究通過調(diào)控氣相外延生長溫度和底物濃度實(shí)現(xiàn)了大面積CsPbBr3單晶薄膜的生長。其形貌和結(jié)構(gòu)表征（圖1）表明該薄膜具有高的結(jié)晶質(zhì)量和低的缺陷密度。研究分析了該單晶薄膜的光學(xué)增益性能，其自發(fā)放大輻射閾值為8 μJ cm-2；光學(xué)增益系數(shù)最大可達(dá)1255±160 cm-1。進(jìn)一步利用聚焦離子束（focused ion beam, FIB）刻蝕技術(shù)將CsPbBr3單晶薄膜加工成微米盤陣列，實(shí)現(xiàn)了該陣列的激射現(xiàn)象（圖2），其激射閾值僅為1.6 μJ cm-2。這些出色的性能預(yù)示著CsPbBr3單晶薄膜未來在光學(xué)集成中有廣泛的應(yīng)用前景。
國家納米中心聯(lián)合培養(yǎng)碩士生鐘陽光為論文的第一作者，劉新風(fēng)、胡小永和張青為論文的共同通訊作者。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金委員會和低維量子物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題等的支持
