_ Cercetătorii creează 2D complet organic perovskiții, demonstrează utilizarea potențială în electronica 2D

Perovskiții sunt printre cele mai cercetate subiecte în știința materialelor. Recent, o echipă de cercetare de la Universitatea Politehnică din Hong Kong (PolyU) a rezolvat o provocare veche de a sintetiza perovskiți bidimensionali complet organici, extinzând domeniul în tărâmul interesant al materialelor 2D.

The Echipa a fost condusă de prof. Loh Kian Ping, profesor catedră de fizica și chimie a materialelor și profesor global STEM al Departamentului de fizică aplicată, dr. Kathy Leng, profesor asistent al aceluiași departament, împreună cu dr. Hwa Seob Choi, cercetare postdoctorală Fellow și primul autor al lucrării de cercetare.

Această descoperire deschide un nou domeniu de perovskiți organici 2D, care este promițător atât pentru știința fundamentală, cât și pentru potențialele aplicații. Această cercetare, intitulată „Perovskiți organici bidimensional, molecular subțiri”, a fost publicată recent în revista Science.

Perovskiții sunt denumiti după asemănarea lor structurală cu perovskitul mineral de titanat de calciu și sunt bine cunoscute. pentru proprietățile lor fascinante care pot fi aplicate în domenii ample, cum ar fi celulele solare, iluminatul și cataliza. Cu o formulă chimică fundamentală a ABX3, perovskiții au capacitatea de a fi reglați fin prin ajustarea cationilor A și B, precum și a anionului X, deschizând calea pentru dezvoltarea materialelor de înaltă performanță.

În timp ce perovskitul a fost descoperit pentru prima dată ca un compus anorganic, echipa lui Prof. Loh și-a concentrat atenția asupra clasei emergente de perovskiți complet organici. În această nouă familie, constituenții A, B și X sunt molecule organice mai degrabă decât atomi individuali precum metalele sau oxigenul.

Principiile de proiectare pentru crearea perovskiților tridimensionali (3D) folosind componente organice au fost abia recent stabilit. În mod semnificativ, perovskiții complet organici oferă avantaje distincte față de omologii lor complet anorganici, deoarece sunt prelucrabili prin soluție și flexibili, permițând fabricarea rentabilă.

În plus, prin manipularea compoziției chimice a cristalului, proprietățile electromagnetice valoroase, cum ar fi proprietățile dielectrice, care găsesc aplicații în electronică și condensatoare, pot fi proiectate cu precizie.

În mod tradițional, cercetătorii se confruntă cu provocări în sinteza perovskiților 3D organici din cauza selecției limitate a moleculelor organice care se potrivesc cu structura cristalină. Recunoscând această limitare, Prof. Loh și echipa sa au propus o abordare inovatoare: sintetizarea perovskiților organici sub formă de straturi 2D în loc de cristale 3D.

Această strategie a urmărit să depășească constrângerile impuse de moleculele voluminoase și facilitează încorporarea unei game mai largi de ioni organici. Rezultatul anticipat a fost apariția unor proprietăți noi și extraordinare în aceste materiale.

Validând predicția lor, echipa a dezvoltat o nouă clasă generală de perovskiți organici stratificati. Urmând convenția de denumire a perovskiților, ei au numit-o „faza Choi-Loh-v” (CL-v) după Dr. Choi și Prof. Loh.

Acești perovskiți cuprind straturi subțiri din punct de vedere molecular, ținute împreună de forțe. care țin straturi de grafit împreună, așa-numitele forțe van der Waals – de unde „v” în CL-v. În comparație cu perovskiții hibridi 2D studiati anterior, faza CL-v este stabilizată prin adăugarea unui alt cation B în celula unitară și are formula generală A2B2X4.

Folosind chimia fază soluție, echipa de cercetare a preparat un material CL-v cunoscut sub numele de CMD-N-P2, în care situsurile A, B și X sunt ocupate de CMD (o moleculă organică ciclică clorură), amoniu și, respectiv, ioni PF6-. Structura cristalină așteptată a fost confirmată prin microscopia electronică de înaltă rezoluție efectuată la temperatura criogenică.

Acești perovskiți organici 2D subțiri din punct de vedere molecular sunt fundamental diferiți de mineralele 3D tradiționale, sunt monocristalini în două dimensiuni și pot fi exfoliați sub formă de fulgi hexagonali de doar câțiva nanometri grosime — de 20.000 de ori mai subțiri decât un păr uman.

Soluția-procesabilitatea perovskiților organici 2D prezintă oportunități interesante pentru aplicarea lor în electronica 2D. Echipa Poly U a efectuat măsurători asupra constantelor dielectrice ale fazei CL-v, obținând valori cuprinse între 4,8 și 5,5. Aceste valori le depășesc pe cele ale materialelor utilizate în mod obișnuit, cum ar fi dioxidul de siliciu și nitrura de bor hexagonală.

Această descoperire stabilește o cale promițătoare pentru încorporarea fazei CL-v ca strat dielectric în dispozitivele electronice 2D, deoarece aceste dispozitive necesită adesea Straturi dielectrice 2D cu constante dielectrice ridicate, care sunt de obicei rare.

Membrul echipei Dr. Leng a abordat cu succes provocarea integrării perovskitelor organice 2D cu electronica 2D. În abordarea lor, faza CL-v a fost folosită ca strat dielectric al porții superioare, în timp ce materialul canalului a constat din sulfură de molibden subțire din punct de vedere atomic.

Prin utilizarea fazei CL-v, tranzistorul a obținut un control superior asupra fluxul de curent dintre bornele sursă și de scurgere, depășind capacitățile straturilor dielectrice convenționale de oxid de siliciu.

Prof. Cercetarea lui Loh nu numai că stabilește o clasă complet nouă de perovskiți organici, dar demonstrează și modul în care aceștia pot fi procesați prin soluție împreună cu tehnica avansată de fabricație pentru a îmbunătăți performanța dispozitivelor electronice 2D. Aceste evoluții deschid noi posibilități pentru crearea unor sisteme electronice mai eficiente și mai versatile.

(Fluierul)