Orgaanisia kaksiulotteisia perovskiitteja

Perovskiitit ovat materiaalitieteen tutkituimpia aiheita. Äskettäin tutkimusryhmä Hongkongin ammattikorkeakoulusta (PolyU) on ratkaissut ikivanhan haasteen syntetisoida täysin orgaanisia kaksiulotteisia perovskiitteja ja laajentaa kenttää 2D-materiaalien jännittävään maailmaan.

Tämä läpimurto avaa uuden 2D-orgaanisten perovskiittien kentän, joka on lupaava sekä perustieteen että mahdollisten sovellusten kannalta.

Vaikka perovskiitti löydettiin ensimmäisen kerran epäorgaanisena yhdisteenä, professori Lohin tiimi on keskittänyt huomionsa nousevaan täysin orgaanisten perovskiittien luokkaan. Tässä uudessa perheessä A-, B- ja X-aineosat ovat orgaanisia molekyylejä eikä yksittäisiä atomeja, kuten metalleja tai happea.

Perinteisesti tutkijat kohtaavat haasteita täysin orgaanisten 3D-perovskiittien synteesissä, koska kiderakenteeseen sopivia orgaanisia molekyylejä on rajoitettu valikoima. Tunnustettuaan tämän rajoituksen, professori Loh ja hänen tiiminsä ehdottivat innovatiivista lähestymistapaa: täysin orgaanisten perovskiittien syntetisointia 2D-kerrosten muodossa 3D-kiteiden sijaan.

Tällä strategialla pyrittiin voittamaan tilaa vievien molekyylien asettamat rajoitukset ja helpottamaan laajemman valikoiman orgaanisia ioneja.

Odotettu tulos oli uusien ja poikkeuksellisten ominaisuuksien syntyminen näissä materiaaleissa.

Vahvistaakseen ennusteensa tiimi kehitti uuden yleisen kerrostettujen orgaanisten perovskiittien luokan. Ne sisältävät molekyylisesti ohuita kerroksia, joita pitävät yhdessä van der Waalsin voimat.

Nämä molekyylisen ohuet 2D-orgaaniset perovskiitit eroavat pohjimmiltaan perinteisistä 3D-mineraaleista, ne ovat yksikiteisiä kahdessa ulottuvuudessa ja ne voidaan kuoria kuusikulmaisiksi hiutaleiksi, jotka ovat vain muutaman nanometrin paksuisia.

Erityisesti 2D-orgaanisten perovskiittien liuosprosessoitavuus tarjoaa jännittäviä mahdollisuuksia niiden soveltamiseen 2D-elektroniikassa.

Poly U -tiimi suoritti mittauksia kehittämiensä materiaalien dielektrisyysvakioista, jolloin saatiin arvot välillä 4,8 - 5,5. Nämä arvot ylittävät yleisesti käytettyjen materiaalien, kuten piidioksidin ja kuusikulmaisen boorinitridin, arvot.

Tämä löytö luo lupaavan tavan sisällyttää näitä aineita dielektrisenä kerroksena 2D-elektroniikkalaitteissa, koska nämä laitteet vaativat usein 2D-dielektrisiä kerroksia, joilla on korkeat dielektrisyysvakiot, joita on tyypillisesti vähän.

Professori Lohin tutkimus ei ainoastaan luo täysin uutta täysin orgaanisten perovskiittien luokkaa, vaan myös osoittaa, kuinka niitä voidaan käsitellä liuoksilla yhdessä edistyneen valmistustekniikan kanssa 2D-elektronisten laitteiden suorituskyvyn parantamiseksi.

Tämä kehitys avaa uusia mahdollisuuksia tehokkaampien ja monipuolisempien elektronisten järjestelmien luomiseen.

Aiheesta aiemmin:

Neuromorfisia näkösensoreita

Liuottimista ratkaisu perovskiittisille aurinkokennoille

Tehokkaita ledejä perovskiitistä