近日，信息科学技术学院范建东研究员和李闻哲副研究员与华中科技大学牛广达副教授合作在钙钛矿单晶光子探测领域取得重要进展，相关结果发表在Advanced Functional Materials (IF=13.325) 和ACS Applied Materials & Interfaces (IF=8.097) 杂志上，论文第一单位均为暨南大学。
近年来，新型钙钛矿材料在光伏、发光和探测领域均得到了迅速的发展，特别是在探测器领域，非铅双钙钛矿结构具有X射线和可见光响应度高等优势，引起了广泛关注。Cs2AgBiBr6 双钙钛矿自身的 AgI/BiIII 元素无序问题导致其晶格结构畸变，严重影响单晶器件的光电特性。
鉴于此，团队通过引入溴化苯乙胺(PEABr)，利用氨基、苯环与钙钛矿AgI/BiIII元素的选择性作用，提高了[AgX6]5−和[BiX6]3−八面体在三维空间的有序性排布。实验结果表明，原位诱导生长技术有效降低了单晶的缺陷态密度和激子自陷域效应，器件的响应时间由3190µs 缩短到13µs，X射线探测灵敏度提高到了288.8 µC Gyair−1cm−2 (电场强度22.7 V mm−1) ，达到世界领先水平，相关结果发表到Advanced Functional Materials。
学院研究生袁伟南同学和华中科技大学牛广达副教授为共同第一作者。
FAPbI3钙钛矿单晶的光谱吸收范围可以延伸到近红外区域，同时又具备较强的X射线响应。但是，该类材料在潮湿气氛下容易产生缺陷并发生相变，影响器件的光电性能，团队通过组分工程引入Cs+离子降低了材料的容忍因子，提高了材料的热力学稳定性。
此外，通过溶剂工程调控单晶的动力学生长过程，首次实现了不同形貌FAPbI3钙钛矿单晶的可控制备。实验结果表明，Cs0.1FA0.9PbI3单晶片具有极低的缺陷态密度和较高的载流子迁移率。基于以上单晶材料制备的探测器器件，在880 nm波长下的光响应速率达到了10μs量级，X射线灵敏度高达2772.1µC Gyair−1cm−2 (偏压150V)，为目前硬X射线 (>10 keV) 钙钛矿单晶探测器最高值，相关结果发表到ACS Applied Materials & Interfaces。
学院研究生王华民同学、华中科技大学巫皓迪同学和学院本科生冼业铭同学为共同第一作者。系列新型钙钛矿单晶光子探测器工作为制备高灵敏度、高稳定的近红外和X射线光子探测器提供了新的思路和方法。
该研究得到国家自然科学基金项目 (51802120，51872126，51672111)、广东省自然科学基金项目 (No.2018030310181)、湖北省自然科学基金项目(ZRMS2017000547)、暨南大学科研培育与创新基金青年基金项目 (21617341) 的资助。同时也得到广东省“珠江人才”青年拔尖项目 (2017GC010424) 和广东省高水平大学建设经费的支持。
(信息科学技术学院)