橫向外延生長二維有機異質結構
二維有機異質結構
橫向或垂直外延生長模式下的二維異質結構由于具有獨特的結構和物理性質,在設計下一代光電子方面顯示出了巨大的潛力。然而,目前來說,橫向異質結構設計和合成主要集中在無機成分上,而2D有機異質結構的橫向外延生長仍然鮮有報道。
二維異質結構
使用有機單晶是半導體科學、光電子和光子集成電路技術發展的基礎。特別是,2D有機單晶作為光電器件的構建塊的使用由于其具有大表面積、最小缺陷、可調物理化學性質和低成本溶液處理能力等優點而引起了人們的極大關注。到目前為止,2D有機晶體在光電子領域顯示出了許多極具前景的應用,包括晶體管、p–n二極管、光伏/光電檢測器件、有機發光晶體管和有機激光器。隨著2D有機晶體開發的不斷進步,進一步探索其潛力需要對其化學成分和光電性質進行精確的空間調制以便創建2D有機橫向異質結構(OLH)。此外,通過充分利用有機分子的無限多樣性,有機2D晶體可以靈活組合形成各種橫向異質結構。原則上,OLH的制備可以通過在現有2D有機晶體的邊緣連續生長另一種有機晶體來實現。然而,盡管概念上很簡單,但由于難以控制兩種2D晶體的成核位置和取向,如晶格失配和鈍化邊緣,2D OLH的生長仍然是一個相當大的挑戰。
橫向外延生長OLH
有鑒于此,蘇州大學廖良生教授、鄭敏教授和王雪東教授等人將液相生長和氣相生長兩種方法的結合,從苝和苝甲醛衍生物成功合成了2D OLH,其橫向尺寸約為20?μm,厚度可調(范圍從20到400?nm)。研究發現,2D晶體的螺旋位錯生長行為顯示了原子在晶格內呈螺旋排列,這避免了OLH的體積膨脹和收縮,從而最大限度地減少了橫向連接缺陷。通過氣相生長方法,作者可對2D晶體的成核和順序生長進行選擇性控制,從而可進一步導致2D OLH的結構反轉。因此,所得OLH顯示出良好的光傳輸能力和可調的空間激子轉換,可用于光子應用。研究還認為,這種合成策略可以推廣到其他有機多環芳烴家族。相關工作以“Lateral epitaxial growth of two-dimensional organic heterostructures”為題發表在Nature Chemistry。
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