鉛鹵鈣鈦礦材料具有較高的光吸收系數、載流子遷移率、電荷擴散長度，及較低的缺陷態(tài)濃度等優(yōu)異的光電性質，可用于激光器，發(fā)光二極管和光電探測器等。其中，通過溶液旋涂法制備的鈣鈦礦薄膜被廣泛應用于各類光電器件。然而，薄膜鈣鈦礦存在高密度的晶界，導致較高的缺陷態(tài)密度，引起更多的無輻射復合并影響載流子壽命，從而導致器件性能變差。單晶鈣鈦礦相比于多晶鈣鈦礦具有更少的缺陷濃度，更大的載流子遷移率，可以進一步提高器件性能。目前，大面積且具有高光學增益的單晶鈣鈦礦薄膜的制備仍然存在挑戰(zhàn)。
近日，中國科學院國家納米科學中心研究員劉新風與北京大學教授胡小永及張青課題組合作，實現了在c面藍寶石襯底上制備大面積CsPbBr3單晶薄膜。相關研究成果發(fā)表在ACS Nano上。
該研究通過調控氣相外延生長溫度和底物濃度實現了大面積CsPbBr3單晶薄膜的生長。其形貌和結構表征（圖1）表明該薄膜具有高的結晶質量和低的缺陷密度。研究分析了該單晶薄膜的光學增益性能，其自發(fā)放大輻射閾值為8 μJ cm-2；光學增益系數最大可達1255±160 cm-1。進一步利用聚焦離子束（focused ion beam, FIB）刻蝕技術將CsPbBr3單晶薄膜加工成微米盤陣列，實現了該陣列的激射現象（圖2），其激射閾值僅為1.6 μJ cm-2。這些出色的性能預示著CsPbBr3單晶薄膜未來在光學集成中有廣泛的應用前景。
國家納米中心聯合培養(yǎng)碩士生鐘陽光為論文的第一作者，劉新風、胡小永和張青為論文的共同通訊作者。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）、科技部重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金委員會和低維量子物理重點實驗室開放課題等的支持
