第一作者：凤建岗、龚成

通讯作者：吴雨辰、张翔、付红兵

通讯单位：中科院理化所、加州大学伯克利分校、天津大学

研究亮点：

1. 发现二维钙钛矿单晶纳米线优异的边缘态光电导。

2. 基于此制备了超高灵敏度的光电探测器。

有机-无机钙钛矿材料具有优异的光电性质，已实现高效率太阳能电池和发光二极管的制备。钙钛矿具备较高的载流子迁移率、较长的寿命和扩散距离，因而也是一类较为理想的光电探测器材料。然而，三维钙钛矿暗电流偏大制约了其光电探测器的信噪比，使其发展受到限制。基于多晶薄膜的光电二极管检测器，虽可以抑制暗电流，但无法实现较大的光电导增益，因而器件灵敏度也不理想。

有鉴于此，中科院理化所吴雨辰博士、江雷院士课题组，与天津大学付红兵教授团队、加州大学伯克利分校张翔院士团队合作，首次发现二维钙钛矿纳米线的边缘态光电导效应，并实现了目前世界最高灵敏度的钙钛矿光电探测器。

图1. 二维钙钛矿单晶纳米线阵列边缘态光电导机理

研究人员通过不对称浸润界面，控制二维钙钛矿的晶体生长。通过电子衍射、同步辐射掠入射X射线散射发现，制备得到的纳米线取向单一，导电的少层钙钛矿和丁胺基离子层层组装，形成超晶格结构。通过测量不同高度纳米线的荧光和光电导发现，钙钛矿层的边缘能够有效的分裂激子，产生并传导自由载流子，从而实现了优异的光电导。基于此纳米线制备的光电探测器，实现了10⁴ A/W以上的响应度和7×10¹⁵ Jones以上的探测度，是目前世界上最灵敏的钙钛矿光电探测器，比传统的硅光电二极管性能高出2-3个数量级。

图2. 结构和光谱表征证明二维钙钛矿纳米线边缘态

图3. 基于二维钙钛矿纳米线的超高灵敏度光电探测器

图4. 飞秒瞬态吸收证明二维钙钛矿能量转移

总之，本文首次发现二维钙钛矿单晶纳米线优异的边缘态光电导，并证实其对光电探测性能的巨大提升，为高性能光电器件的探索指出一条新的道路。

参考文献：

Feng J, Gong C, Gao H, et al. Single-crystalline layered metal-halide perovskite nanowires for ultrasensitive photodetectors[J]. Nature Electronics, 2018.

DOI: 10.1038/s41928-018-0101-5

https://www.nature.com/articles/s41928-018-0101-5