第一作者：Han K. D. Le, Ye Zhang（共同第一作者）

通訊作者：楊培東

通訊郵箱：加州大學(xué)伯克利分校

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開(kāi)發(fā)具有有趣發(fā)光特性的大規(guī)模、高質(zhì)量鐵電半導(dǎo)體納米線陣列可以解決傳統(tǒng)寬帶隙鐵電體的局限性，從而成為創(chuàng)新器件架構(gòu)和下一代高密度光電子學(xué)的構(gòu)建模塊。

本研究探討了在白云母基底上通過(guò)氣相沉積外延生長(zhǎng)的鐵電CsGeX₃（X=Br, I）鹵化物鈣鈦礦納米線陣列的光學(xué)性質(zhì)。這些納米線陣列不僅表現(xiàn)出與基底的非均相外延關(guān)系，而且通過(guò)改變鹵素組成，其光致發(fā)光（PL）可以從黃綠色調(diào)節(jié)到紅色，顯示出這些納米線網(wǎng)絡(luò)可以作為未來(lái)光電應(yīng)用的平臺(tái)。

此外，利用二次諧波生成（SHG）偏振測(cè)量技術(shù)，表征了這些納米線在室溫下的鐵電性和鐵電疇結(jié)構(gòu)。這些納米線陣列結(jié)合了室溫鐵電性和光致發(fā)光，為設(shè)計(jì)新型多功能材料開(kāi)辟了新的途徑。

圖文導(dǎo)讀

圖1：展示了在白云母基底上外延生長(zhǎng)的CsGeBr₃納米線的形貌和結(jié)構(gòu)特征。通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）和原子力顯微鏡（AFM）圖像，可以看到納米線具有等邊三角形的橫截面，并且沿著六個(gè)等周期方向精確排列。X射線衍射圖譜顯示了CsGeBr₃納米線與云母基底的對(duì)稱性關(guān)系。

圖2：展示了CsGeX₃（X=Br, I）納米線在云母上的光學(xué)特性。共聚焦光致發(fā)光（PL）圖像顯示了CsGeBr₃和CsGeI₃納米線在不同激發(fā)下的發(fā)射情況，穩(wěn)態(tài)PL光譜展示了兩種納米線的寬帶發(fā)射特性，而熒光壽命成像和時(shí)間分辨PL衰減曲線揭示了載流子的動(dòng)態(tài)行為。

圖3：通過(guò)溫度依賴的SHG測(cè)量來(lái)表征CsGeBr₃納米線的鐵電相變。示意圖展示了SHG偏振測(cè)量的光學(xué)設(shè)置，加熱至511 K時(shí)的鐵電到順電相變，以及CsGeBr₃納米線的溫度依賴SHG強(qiáng)度圖。

圖4：展示了CsGeBr₃納米線的極化依賴SHG測(cè)量和空間映射。圖示展示了納米線中八個(gè)可能的鐵電極化方向，以及在不同入射光偏振角度下測(cè)量的SHG強(qiáng)度圖和極坐標(biāo)圖。

總結(jié)展望

本研究成功實(shí)現(xiàn)了在單晶云母片基底上通過(guò)氣相傳輸（CVT）過(guò)程大規(guī)模外延生長(zhǎng)的CsGeX₃納米線陣列。這些納米線陣列不僅展示了精確的排列和與基底的外延關(guān)系，而且通過(guò)改變鹵素組成實(shí)現(xiàn)了光致發(fā)光顏色的調(diào)節(jié)。

此外，通過(guò)SHG偏振測(cè)量技術(shù)，研究了納米線的鐵電相變和極化方向。這些發(fā)現(xiàn)表明，CsGeX₃納米線是推動(dòng)光驅(qū)動(dòng)多功能納米尺度鐵電器件發(fā)展有希望的材料候選者。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Room-Temperature Ferroelectric Epitaxial Nanowire Arrays with Photoluminescence

期刊：Nano Letters