近日，南边科技大学材料科学与工程系西宾何祝兵课题组揭示了铅锡羼杂钙钛矿光学带隙随铅锡比例变化轨则中的要害突变机制，完成了其物理图像的全景拼图。接头效用以“无序-有序革新诱发的铅锡羼杂钙钛矿极端带隙弓形效应（Disorder-order transition–induced unusual bandgap bowing effect of tin-lead mixed perovskites）”为题在《科学弘扬》（Science Advances）杂志上在线发表。

        铅锡羼杂钙钛矿因为带隙可调且低至1.2eV，在光伏、红外光电探伤器、红外单色光源等领域具有高大的应用远景。尽管铅锡羼杂钙钛矿因为窄带隙，已被平庸用于底电板制备钙钛矿叠层光伏电板，恰是因为其光学带隙的可调控性，铅锡羼杂钙钛矿材料的蓄意相当进击，且极具远景。关系词东谈主们对铅锡羼杂钙钛矿的判辨还相当有限。铅锡羼杂钙钛矿属于典型的合金化半导体。筹商限定标明，价带顶（VBM）主要由Sn-5s/I-5p杂化轨谈组成，导带底（CBM）则由Pb-6p/I-5p杂化轨谈组成，导致其合金带隙低于两头组分。因此其带隙随钙钛矿合金中Sn/Pb比例呈弓形弧线特征。

        关系词该轨则仍穷乏完好Sn/Pb比例铅锡羼杂钙钛矿材料实测带隙的考据。其原因在于铅和锡钙钛矿结晶速度反抗衡容易出现身分与相分离问题，无法得回准确比例的铅锡钙钛矿薄膜。为管束这一繁难，并准确测量Sn/Pb比例与光学带隙之间物理关系，团队告捷制备了全比例身分、且相结构均一的铅锡羼杂钙钛矿纳米单晶（FAPb1-XSnXI3）。诳骗冷冻电镜，初度告捷拍摄到纳米晶的高分辩原子级晶格像。

图1. 钙钛矿纳米晶身分、结构、带隙及光电器件

        基于多样Sn/Pb比例身分的高质料单晶的光学带隙呈现典型的弓形效应。关系词，FAPb0.5Sn0.5I3的带隙显耀辨别这条弓形轨则弧线。该表象在前东谈主践诺和筹商文件中齐有不同进度的反应，可是从未受到关心。课题组以铅锡原子胪列为起点，测量了不同身分纳米单晶的微不雅晶格应变大小。限定发现，晶格应变跟着身分比例从两头向中间，呈现高潮趋势，并在Pb0.6Sn0.4和Pb0.4Sn0.6达到极值。而Pb0.5Sn0.5的晶格应变出现俄顷下落，其值与纯铅和纯锡周边。该限定佐证了晶格中铅锡胪列在Pb0.5Sn0.5发生无序到有序的革新。晶格像的原子柱衬度变化也应证了这一表象。这一晶格应变的突变与带隙轨则造成相当好的吻合。基于团簇伸开花样的密度泛函表面筹商限定也发现，铅锡比例为Pb0.5Sn0.5时，造成焓出现彰着的负值，意味着该组分可能造成有序相。与此同期，发现应变能是由于铅锡离子尺寸各异导致的，而铅锡有序胪列故意于减小应变，很好应证了践诺测得的应变变化轨则。另一方面，库伦能的接头标明，有序胪列结构的库伦能的幅度达到最大，进而得回造成焓能量上的增益。

        该责任揭示了铅锡羼杂钙钛矿晶格存在的无序-有序相结构革新表象与物理，完成了材料光学带隙“弓形”机制的要害拼图，对过去铅锡羼杂钙钛矿材料身分及相结构的蓄意具有进击的启示作用。基于本责任合成的纳米晶，不错制备起程光波长930nm的近红外LED器件，亦然现在报谈的、波长最长的钙钛矿基LED器件。该效用还是发表，便飞快得回中国科学网专题报谈 。

        何祝兵课题组硕士生高寒为本文第一作家。课题组博士生何东，北京筹商中心博士后陈泽华，南科大电子与电气工程系博士后高佩丽、检测中心何东升博士为本文共同第一作家。电子系西宾陈树明为LED器件制备与测试提供放纵援手。何祝兵与东方理工大学（暂名）讲席西宾、物理学院院长魏苏淮为论文共同通信作家。理学院院长、化学系/材料科学与工程系讲席西宾俞书宏院士为本责任提供了要害的指令与援手。南科大为论文第一单元。该责任得回国当然面上基金、磋议基金重心，深圳市重心践诺室及科研名目、广东省重心践诺室、南科大高水平大学终点资助等基金的援手。

论文运动：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads4038

中国科学网专题报谈：

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2025/1/537216.shtm