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数理学院林佳博士在国际顶级学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS)发表高水平研究论文

近日,我校数理学院林佳博士在新型钙钛矿材料的研发与应用研究方面取得了重大突破:在世界上首次设计制备了一种电荷有序铟基双钙钛矿,并发现了高压下的半导体-金属相变,拓展了钙钛矿的应用范围。这项研究成果的特殊意义在于发现了新结构的环境友好型无机双钙钛矿,具有特殊的结构特征和电子性质,可应用于各类电子器件中。相关成果近日在线发表在国际顶级学术期刊《美国科学院院刊》(PNAS)上(林佳为第一作者,题目:Pressure-induced semiconductor-to-metal phase transition of a charge-ordered indium halide perovskite, PNAS, 2019, DOI: 10.1073/pnas.1907576116)。美国国家科学院院刊(Proceedings of the National Academy of SciencesPNAS),是公认的世界四大名刊(CellNatureSciencePNAS)之一,在SCIE所有期刊中,特征因子位列世界第二,在SCI综合科学类排名第三位,也是被引用次数最多的综合学科文献之一。该项成果的取得标志着我校在科技创新领域取得了重大突破。

在氧化物钙钛矿中,空间电荷有序和载流子的强耦合会产生特殊的电子性质,包括高温超导、巨磁电阻、金属绝缘体转变等。而在卤化物钙钛矿中,也存在电荷有序的情况。理论计算预测,电荷有序钙钛矿的特征是在极端条件下结构中两种不同价态的离子变得不可分辨,最后趋向于非电荷有序相,产生特殊的电子性质。

有鉴于此,经过材料的筛选和研发,林佳博士与合作者用固态反应法首次制备了一种新结构无机双钙钛矿晶体,不同价态的铟离子交替排列。虽然铟的卤化物在空气中不稳定,组成这个结构后是稳定的,表面钝化作用会阻止整个结构的坍塌。进一步通过研究高压环境下的拉曼光谱(图1A,B)和吸收谱(图1C),发现在压力增加时,存在特征拉曼峰蓝移,禁带宽度逐渐减少,最终呈现宽带的金属吸收特征,对应禁带关闭效应(图1D)。铟离子电荷中心电子的去局域化引起了禁带宽度变化以及半导体-金属相变。

该研究工作得到了国家自然科学基金、上海市科委项目的资助,得到了上海市有关人才项目、澳门新葡亰娱乐场“电院之星”项目的支持。

数理学院供稿

 图1、新型无机双钙钛矿在高压下的半导体-金属相变。