鹵化鉛鈣鈦礦由于其高吸收系數(shù)、缺陷容限、可調(diào)帶隙和優(yōu)異的電荷轉(zhuǎn)移性能等而引人注目，并在各種光電領(lǐng)域中表現(xiàn)出巨大的潛力，特別是摻雜稀土離子的材料，可以顯著地提高其性能并拓寬其應(yīng)用。自2017年首次發(fā)現(xiàn)Yb³⁺摻雜CsPbCl₃鈣鈦礦納米晶以來，學(xué)術(shù)界關(guān)于鈣鈦礦中是否存在鑭系離子（Ln³⁺）一直存在爭議，如：Ln³⁺摻雜是否成功；鹵化鉛鈣鈦礦中Ln³⁺的取代位點(diǎn)尚不明確； Ln³⁺是否占據(jù)Pb²⁺的位點(diǎn)、晶格間隙位點(diǎn)和/或鈣鈦礦的表面。

如何從材料學(xué)的角度跨界解決光學(xué)領(lǐng)域的難題越來越吸引了各國學(xué)者的極大興趣。但因鈣鈦礦極不耐輻照而導(dǎo)致其在透射電子顯微鏡下極易分解成鹵化鹽，這對實(shí)驗(yàn)量化證明稀土的作用提出了巨大挑戰(zhàn)。該研究首次使用透射電子顯微鏡直接在原子尺度識別了CsPbCl₃鈣鈦礦中的摻雜Yb³⁺，證實(shí)了Yb³⁺同時取代Pb²⁺并占據(jù)晶格間隙位置。此外，課題組還通過原子探針斷層掃描術(shù)直接觀察到近原子尺度的CsPbCl₃單晶的團(tuán)簇現(xiàn)象。利用DFT模型進(jìn)一步證實(shí)并解釋了實(shí)驗(yàn)機(jī)理。該研究結(jié)果提供了對鹵化鉛鈣鈦礦中鑭系離子摻雜機(jī)制的原子水平理解，并將引領(lǐng)摻雜對鈣鈦礦性能影響的新思路。

CsPbCl3:Yb3+鈣鈦礦元素分布與計(jì)算的結(jié)構(gòu)圖

劉卯系資源循環(huán)科學(xué)與工程專業(yè)的教授，任遼寧省冶金資源循環(huán)科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，長期從事國家戰(zhàn)略礦產(chǎn)資源綜合利用及相關(guān)材料設(shè)計(jì)與研發(fā)。

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