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界面摻雜調(diào)控取得新進展：ZnO單納米線光電性能實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)集成
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ZnO納米線有著完美的光學納腔結(jié)構(gòu)和室溫下豐富的多量子態(tài)耦合作用，不僅是凝聚態(tài)物理和量子光學領(lǐng)域的重要研究對象，也是納米尺度紫外光子學和光電器件的候選材料之一。要實現(xiàn)納米尺度的優(yōu)質(zhì)紫外光源，必須使ZnO納米線同時擁有高效的帶邊發(fā)光和優(yōu)良的電學性質(zhì)，但現(xiàn)有的體摻雜方式難以同時滿足上述要求。這是因為優(yōu)良的電學性質(zhì)要求材料通過摻雜提供濃度足夠高的自由載流子，而過多的摻雜必將導致帶邊輻射復合效率的顯著下降。 針對上述挑戰(zhàn)，中國科學技術(shù)大學合肥微尺度物質(zhì)科學國家實驗室的丁懷義和潘楠等人，提出了一種新穎的納米線界面摻雜策略，通過發(fā)展CVD再生長技術(shù)，制備出具有“核-界面-殼”結(jié)構(gòu)的ZnO納米線，其電導率高達4×104 S/m，比常規(guī)納米線提高一個量級以上，不僅電子濃度高一個量級，遷移率也明顯改善；而且其帶邊發(fā)光強度也高出一個量級。通過進一步的高分辨表征發(fā)現(xiàn)界面層（~3 nm）存在顯著的Zn富集。結(jié)合耗盡層和積累層理論，他們給出了光、電性能集成的機制：界面Zn摻雜提供高濃度的自由電子，這些自由電子在界面區(qū)域形成準二維電子氣，導致優(yōu)異的電學性能；同時，界面層又會顯著減少激子向納米線表面耗盡層擴散并被消解的幾率，從而提高激子的帶邊發(fā)射效率。這一策略可以打破傳統(tǒng)ZnO材料光、電性能的內(nèi)在相互制約，實現(xiàn)高效帶邊發(fā)光和優(yōu)良電學性能在單納米線內(nèi)的優(yōu)質(zhì)集成，對設(shè)計和制備基于ZnO的高性能納米光電器件具有重要的指導意義。該結(jié)果已發(fā)表在《先進材料》雜志上（Adv. Mater., 2014, 26(19), 3035-3041）。 |
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