2D有机钙钛矿材料：在2D电子器件中的潜在应用

香港理工大学（PolyU）应用物理系的LOH Kian Ping教授领导的研究团队最近解决了合成全有机二维钙钛矿长期存在的挑战，将这一研究领域拓展到令人兴奋的二维材料领域。这一突破开辟了一个新的领域——二维全有机钙钛矿，这对于基础科学和潜在应用都很有前景。他们的研究成果《Molecularly thin, two-dimensional all-organic perovskites》最近发表在《Science》杂志上。

传统上，全有机钙钛矿合成面临着有机分子选择受限的挑战。为了克服这一限制，LOH教授及其团队提出了一种创新方法：合成以2D层状形式存在的全有机钙钛矿。这一策略旨在克服笨重分子所带来的限制，并促进更广泛范围的有机离子的结合，预期结果是这些材料中涌现出新颖而非凡的性质。验证他们的预测，该团队开发了一类新的分层有机钙钛矿，命名为“Choi-Loh-v相”（CL-v），这种钙钛矿由分子薄层组成，其间通过范德华力相互作用结合，与石墨层相似。与之前研究的混合2D钙钛矿相比，CL-v相通过加入另一个B阳离子到晶胞中稳定，并具有通用公式A2B2X4。

接下来，研究团队利用溶液相化学制备了一种CL-v材料CMD-N-P2，A、B和X位点分别由CMD（一种氯化环状有机分子）、铵和PF6−离子占据。高分辨率电子显微镜观察证实了预期的晶体结构。这些分子薄层的2D有机钙钛矿与传统的3D矿物完全不同，它们在两个维度上是单晶的，可以剥离成几纳米厚的六角形片，比人类头发还要薄20000倍。

2D有机钙钛矿的溶液加工性为其在2D电子器件中的应用提供了令人兴奋的机会。Poly U团队对CL-v相的介电常数进行了测量，得到的数值在4.8至5.5之间，超过了常用材料如二氧化硅和氮化硼的介电常数。这一发现为将CL-v相作为2D电子器件中的介电层打开了一个有前景的道路。研究人员成功解决了将2D有机钙钛矿与2D电子器件整合的挑战。他们采用了CL-v相作为顶栅介电层，通道材料则由原子薄的硫化钼组成。通过利用CL-v相，晶体管在源极和漏极之间的电流流动方面取得了优越的控制能力，超过了传统的氧化硅介电层的能力。

LOH教授的研究不仅建立了一种全新的全有机钙钛矿类别，还展示了如何结合先进的制造技术，将其与解决方案加工相结合，以增强2D电子器件的性能。这些进展为创造更高效、更多功能的电子系统开辟了新的可能性。