光電邏輯器件因高速信息傳輸、高帶寬和低功耗等優(yōu)勢被認為是下一代邏輯電路的理想模型。得益于鈣鈦礦材料的可調帶隙和溶液處理等優(yōu)勢,鈣鈦礦異質結構可以對不同波長入射光產生差異化的光電響應信號,并可與印刷技術兼容,具有低成本和大規(guī)模制造等優(yōu)點,可用于制備光電邏輯器件。然而,目前的光電邏輯器件通常由兩個以上的異質結構堆疊而成,但復雜的構型和制造工藝限制了其集成和應用。

中國科學院化學研究所綠色印刷院重點實驗室宋延林課題組開展了可控印刷多維度、多功能微納傳感器件等方面的研究,并取得了進展。近期,該課題組利用模板輔助連續(xù)印刷策略可控制備鈣鈦礦異質結構陣列,并實現(xiàn)光控邏輯運算。該策略印刷制備MAPbBr₃陣列,進而在預成型MAPbBr₃陣列和模板的協(xié)同誘導作用下,在MAPbBr₃陣列的特定位點處精準印刷構筑MAPbI₃異質區(qū)域。在異質區(qū)域的引入過程中,該研究通過精準調控MAPbI₃前驅體溶液中DMF/MAAc二元溶劑的比例和濃度,避免該過程對預成型MAPbBr₃陣列的損傷,并抑制瑞利失穩(wěn)效應,改善MAPbI₃的結晶質量,從而制備具有多異質區(qū)域且形貌均勻可控的MAPbBr₃-MAPbI₃異質結構陣列。MAPbBr₃-MAPbI₃異質結構的不同區(qū)域可以對不同波長的入射光展現(xiàn)出不同的邏輯態(tài)。該工作結合電極設計,在單個鈣鈦礦異質結構單元上實現(xiàn)了“與”和“或”邏輯門,并在鈣鈦礦異質結構陣列上以100%的準確率實現(xiàn)了相應的邏輯操作。

上述成果驗證了印刷制備高密度異質結構陣列的可行性,為簡化光電集成器件的制備工藝提供了新方法。

相關研究成果發(fā)表在《先進材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到國家自然科學基金委員會、科學技術部、中國科學院的支持。

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印刷制備鈣鈦礦異質結構陣列實現(xiàn)光控邏輯運算