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北京時(shí)間1月14日，上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院于奕課題組與美國普渡大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)合作，在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）發(fā)表題為“Mosaic lateral heterostructures in two-dimensional perovskite”研究，在圖案化的鹵化物鈣鈦礦橫向異質(zhì)結(jié)研究中取得突破性進(jìn)展，利用低劑量電子顯微成像方法揭示了鹵化物鈣鈦礦材料的微觀結(jié)構(gòu)并證實(shí)了應(yīng)變誘導(dǎo)的刻蝕機(jī)理。

上?？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院2025屆博士畢業(yè)生盧愿為文章共同第一作者，于奕教授為共同通訊作者。

在半導(dǎo)體材料領(lǐng)域，橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)在探索新奇物理性質(zhì)、開發(fā)新型器件以及推動(dòng)器件微型化方面具有重要意義。然而，新型鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體由于離子晶格柔軟且不穩(wěn)定，傳統(tǒng)用于制備圖案化模板的光刻與刻蝕工藝對(duì)其而言過于劇烈，往往難以奏效。

本研究提出一種新方法：在溶液環(huán)境中誘導(dǎo)二維鹵化物鈣鈦礦材料發(fā)生自發(fā)刻蝕，形成尺寸可控的方形孔洞；隨后以孔洞為模板外延生長另一種鈣鈦礦材料，從而制備馬賽克式橫向異質(zhì)結(jié)。闡明這種自發(fā)刻蝕的形成機(jī)理對(duì)于方法的設(shè)計(jì)、優(yōu)化及后續(xù)拓展至關(guān)重要，而對(duì)刻蝕孔洞的原子尺度結(jié)構(gòu)進(jìn)行直接觀測是破解機(jī)理的關(guān)鍵途徑。遺憾的是，鹵化物鈣鈦礦在電子束輻照下極易發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌與化學(xué)分解，使得常規(guī)電子顯微手段難以獲取可靠的原子尺度信息。

圖2：鹵化物鈣鈦礦孔洞刻蝕及填充微觀結(jié)構(gòu)的低劑量電子顯微成像

于奕課題組采用低劑量高分辨電子顯微成像，成功對(duì)比觀察了刻蝕前后孔洞附近的原子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)晶格內(nèi)應(yīng)力是誘導(dǎo)刻蝕的關(guān)鍵因素?？涛g一旦被觸發(fā)，孔洞會(huì)最終沿鈣鈦礦的 [100]/[010] 晶體學(xué)方向穩(wěn)定生長，形成規(guī)則的方形孔洞。進(jìn)一步的電子顯微表征還證明，以孔洞為模板外延生長的另一種鈣鈦礦材料與原材料具有良好的外延晶格匹配，從而形成高質(zhì)量的橫向異質(zhì)結(jié)。

此項(xiàng)研究成果將為復(fù)雜集成發(fā)光器件的創(chuàng)新開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用奠定普適性材料平臺(tái)基礎(chǔ)。本工作中，于奕課題組原創(chuàng)性低劑量高分辨電子顯微研究，為深度解析鹵化物鈣鈦礦的本征結(jié)構(gòu)特征與構(gòu)效關(guān)系提供了關(guān)鍵科學(xué)啟示。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09949-1

來源：上?？萍即髮W(xué)