Команда вчених під керівництвом професора Ло Кін Пінга в Політехнічному університеті Гонконгу недавно досягла значного прориву в галузі науки про матеріали. Завдяки своєму дослідженню команда успішно синтезувала двовимірні органічні перовскіти, розширюючи реальм двовимірних матеріалів. Це відкриття має значні наслідки як для фундаментальної науки, так і для потенційних застосувань.
Перовскіти, названі на честь мінералу перовскіту кальцієвого титанату через їх структурне схожість, давно вивчаються через їх видатні властивості, які можуть бути застосовані у таких галузях, як сонячні елементи, освітлення та каталіз. Хімічна формула перовскітів, ABX3, дозволяє точно налаштуватися, коригуючи катіони A і B та аніон X, що дозволяє розробляти високопродуктивні матеріали.
Хоча більшість досліджень зосереджувалися на неорганічних перовскітах, команда професора Ло спрямувала свою увагу на новий клас всіх органічних перовскітів. На відміну від їх неорганічних аналогів, всі органічні перовскіти мають декілька переваг, включаючи можливість розчинної обробки та гнучкість, що робить їх вигідними з економічної точки зору для виробництва. Крім цього, маніпулюючи хімічним складом кристалу, можна точно налаштувати корисні електромагнітні властивості.
Традиційно синтез всіх органічних тривимірних перовскітів був викликом через обмежений вибір органічних молекул, які можуть вписатися у кристалічну будову. Команда професора Ло вирішила це завдання, використовуючи інноваційний підхід: синтезуючи всі органічні перовскіти у формі двовимірних шарів, а не тривимірних кристалів. Ця стратегія мала на меті подолати обмеження, накладені захмарними молекулами, та сприяти включенню більш широкого спектру органічних іонів.
Під час своїх досліджень команда успішно розробила новий клас шарових органічних перовскітів, які назвали “фазою Чой-Лоу-в” (CL-v) на честь доктора Чоя та професора Лоу. Ці перовскіти складаються з молекулярно тонких шарів, які утримуються разом силами ван-дер-Ваальса, так само, як тонкі шари графіту. Фаза CL-v пропонує вищу стабільність порівняно з раніше вивченими гібридними двовимірними перовскітами і має загальну формулу A2B2X4.
Розчинна обробка ново синтезованих CL-v перовскітів відкриває захоплюючі можливості для їх застосування у двовимірній електроніці. Команда провела виміри діелектричних констант фази CL-v та виявила, що вони перевищують ті, які використовуються для таких матеріалів, як оксид кремнію. Це відкриття відкриває можливості для включення CL-v перовскітів як діелектричних шарів у двовимірні електронні пристрої, які вимагають високих діелектричних констант.
Використовуючи фазу CL-v як верхній діелектричний верхній шар у транзисторі, команда досягла вищого контролю над потоком струму, переважаючи можливості традиційних діелектричних шарів оксиду кремнію. Цей прорив не лише встановлює зовсім новий клас всіх органічних перовскітів, але й демонструє, як вони можуть підвищити продуктивність двовимірних електронних пристроїв, коли вони розв’язуються разом із передовими техніками виготовлення.
Дослідження, проведене професором Ло й його командою, відкриває шлях до створення більш ефективних і універсальних електронних систем. Воно представляє значний прогрес в галузі науки про матеріали і відкриває нові можливості для дослідження в синтезі та застосуванні двовимірних органічних перовскітів.