杨培东最新Nano Letters：室温铁电外延纳米线阵列光致发光

第一作者：Han K. D. Le, Ye Zhang（共同第一作者）

通讯作者：杨培东

通讯邮箱：加州大学伯克利分校

论文速览

开发具有有趣发光特性的大规模、高质量铁电半导体纳米线阵列可以解决传统宽带隙铁电体的局限性，从而成为创新器件架构和下一代高密度光电子学的构建模块。

本研究探讨了在白云母基底上通过气相沉积外延生长的铁电CsGeX₃（X=Br, I）卤化物钙钛矿纳米线阵列的光学性质。这些纳米线阵列不仅表现出与基底的非均相外延关系，而且通过改变卤素组成，其光致发光（PL）可以从黄绿色调节到红色，显示出这些纳米线网络可以作为未来光电应用的平台。

此外，利用二次谐波生成（SHG）偏振测量技术，表征了这些纳米线在室温下的铁电性和铁电畴结构。这些纳米线阵列结合了室温铁电性和光致发光，为设计新型多功能材料开辟了新的途径。

图文导读

图1：展示了在白云母基底上外延生长的CsGeBr₃纳米线的形貌和结构特征。通过扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）图像，可以看到纳米线具有等边三角形的横截面，并且沿着六个等周期方向精确排列。X射线衍射图谱显示了CsGeBr₃纳米线与云母基底的对称性关系。

图2：展示了CsGeX₃（X=Br, I）纳米线在云母上的光学特性。共聚焦光致发光（PL）图像显示了CsGeBr₃和CsGeI₃纳米线在不同激发下的发射情况，稳态PL光谱展示了两种纳米线的宽带发射特性，而荧光寿命成像和时间分辨PL衰减曲线揭示了载流子的动态行为。

图3：通过温度依赖的SHG测量来表征CsGeBr₃纳米线的铁电相变。示意图展示了SHG偏振测量的光学设置，加热至511 K时的铁电到顺电相变，以及CsGeBr₃纳米线的温度依赖SHG强度图。

图4：展示了CsGeBr₃纳米线的极化依赖SHG测量和空间映射。图示展示了纳米线中八个可能的铁电极化方向，以及在不同入射光偏振角度下测量的SHG强度图和极坐标图。

总结展望

本研究成功实现了在单晶云母片基底上通过气相传输（CVT）过程大规模外延生长的CsGeX₃纳米线阵列。这些纳米线阵列不仅展示了精确的排列和与基底的外延关系，而且通过改变卤素组成实现了光致发光颜色的调节。

此外，通过SHG偏振测量技术，研究了纳米线的铁电相变和极化方向。这些发现表明，CsGeX₃纳米线是推动光驱动多功能纳米尺度铁电器件发展有希望的材料候选者。

文献信息

标题：Room-Temperature Ferroelectric Epitaxial Nanowire Arrays with Photoluminescence

期刊：Nano Letters