南開大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在鈣鈦礦超高清顯示技術(shù)領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，這一創(chuàng)新成果近日在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》上發(fā)表。該研究由南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院教授袁明鑒、中國(guó)科學(xué)院院士陳軍及研究員章煒共同領(lǐng)銜，聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家機(jī)構(gòu)共同完成。

針對(duì)鈣鈦礦超高清顯示技術(shù)中純紅光CsPbI3鈣鈦礦量子點(diǎn)材料相穩(wěn)定性差這一難題，科研團(tuán)隊(duì)提出了創(chuàng)新的“外延異質(zhì)結(jié)界面應(yīng)力操控”策略。通過這一策略，團(tuán)隊(duì)首次利用全溶液法實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦范德華外延異質(zhì)結(jié)的大面積原位可控制備，成功突破了材料穩(wěn)定性與器件性能的雙重瓶頸。

鈣鈦礦材料因其熒光量子產(chǎn)率高、色純度高、色域廣等特性，被視為下一代超高清顯示技術(shù)的理想選擇。然而，純紅光鈣鈦礦LED長(zhǎng)期受到材料穩(wěn)定性差的困擾，特別是CsPbI3鈣鈦礦量子點(diǎn)，其本征相穩(wěn)定性較差，室溫下易發(fā)生相轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)化為非光學(xué)活性相。科研團(tuán)隊(duì)通過深入研究，發(fā)現(xiàn)了通過晶格應(yīng)力操控實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦局部晶格扭曲，可以顯著增強(qiáng)亞穩(wěn)態(tài)鈣鈦礦材料的相穩(wěn)定性。

基于這一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)利用配體分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)控，創(chuàng)新性地報(bào)道了一種全溶液法原位制備鈣鈦礦范德華外延異質(zhì)結(jié)的新策略。通過結(jié)合先進(jìn)的球差校正透射電鏡表征與密度泛函理論研究，團(tuán)隊(duì)首次揭示了鈣鈦礦外延異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面應(yīng)力對(duì)鈣鈦礦量子點(diǎn)晶格結(jié)構(gòu)的調(diào)控機(jī)制。這一發(fā)現(xiàn)為提升鈣鈦礦量子點(diǎn)相穩(wěn)定性提供了全新的思路。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，界面應(yīng)力誘導(dǎo)的晶格扭曲有效抑制了CsPbI3鈣鈦礦量子點(diǎn)的相轉(zhuǎn)變過程，顯著提升了材料的穩(wěn)定性。基于這一技術(shù)，團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了兼具世界一流性能和穩(wěn)定性的純紅光鈣鈦礦LED，解決了長(zhǎng)期以來困擾該領(lǐng)域的瓶頸問題。這一創(chuàng)新成果為下一代超高清顯示技術(shù)的發(fā)展提供了關(guān)鍵的技術(shù)支撐。

該研究匯聚了化學(xué)、材料、物理、半導(dǎo)體器件等多學(xué)科力量，發(fā)展了透射電鏡結(jié)構(gòu)表征的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦范德華外延異質(zhì)結(jié)的新物質(zhì)創(chuàng)造。這一突破不僅攻克了純紅光鈣鈦礦LED核心材料穩(wěn)定性難題，還有望進(jìn)一步推動(dòng)超高清顯示產(chǎn)業(yè)的技術(shù)革新。

南開大學(xué)作為該論文的第一完成單位和唯一通訊單位，展現(xiàn)了其在高性能半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換材料及器件研究領(lǐng)域的深厚底蘊(yùn)和創(chuàng)新能力。團(tuán)隊(duì)成員包括博士研究生韋科妤、周峒和特聘研究員姜源植，他們共同參與了論文的撰寫和實(shí)驗(yàn)工作。袁明鑒教授、陳軍院士和章煒研究員作為通訊作者，分別負(fù)責(zé)了材料與器件的整體設(shè)計(jì)、分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與表征平臺(tái)建設(shè)以及透射電鏡表征工作。

該研究還得到了北京師范大學(xué)、香港大學(xué)、洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院、沙特國(guó)王大學(xué)等多家國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)的支持與協(xié)作，共同推動(dòng)了這一領(lǐng)域的前沿研究。