光致熱載流子的快速冷卻弛豫過程是光電轉(zhuǎn)換效率過程中主要的能量損失通道，減緩這一過程對于提升光電轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要。在已報道的鈣鈦礦材料中，熱載流子通常通過載流子-聲子耦合作用在亞皮秒的時間內(nèi)弛豫至帶邊。較慢的熱載流子弛豫過程有利于在載流子冷卻前將其提取出來，從而直接提高光電轉(zhuǎn)換效率。全無機CsPbX?(X=I, Br, Cl)鈣鈦礦納米晶的出現(xiàn)引起了熱載流子光電器件領(lǐng)域的關(guān)注。與常見的甲銨或甲脒鈣鈦礦相比，CsPbX?納米晶具有較慢的熱載流子弛豫過程。目前的研究也討論和總結(jié)了鈣鈦礦納米晶不同組分、不同尺寸對熱載流子弛豫過程的影響，然而依然缺乏對納米晶中熱載流子弛豫過程的直接調(diào)控手段。

鑒于此，電子科技大學劉明偵教授和墨爾本大學Trevor A. Smith教授對表面有機配體如何影響CsPbBr?納米晶中載流子-聲子相互作用并進而影響熱載流子弛豫過程的問題進行了深入的研究?；谡n題組前期的納米晶合成基礎(chǔ)，本工作采用（3-氨基丙基）三乙氧基硅烷（APTES）代替長鏈的油胺配體（OAm），通過控制懸掛硅氧烷基的水解過程，合成交聯(lián)硅氧烷層包裹的尺寸均一的單分散高質(zhì)量CsPbBr?納米晶。相比傳統(tǒng)的一端自由懸掛的OAm配體，交聯(lián)后的APTES分子在納米晶周圍形成一層“剛性"的有機配體殼。課題組進一步在傳統(tǒng)的極化子模型上，引入了與配體剛性相關(guān)的阻尼因子，提出了聲子耦合阻尼振蕩模型，描述了剛性分子配體對載流子-聲子耦合過程的機械阻尼作用。通過低溫熒光光譜中的縱向光學聲子散射峰強度分析，確認了APTES-CsPbBr?體系具有較弱的載流子-聲子耦合強度。進一步，通過自主設(shè)計和搭建的高信噪比飛秒瞬態(tài)吸收光譜系統(tǒng)，測量納米晶初始熱載流子動力學過程，利用更為準確的Fermi-Dirac分布模型對瞬態(tài)吸收光譜進行全局擬合。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的長烷基鏈油胺配體的CsPbBr?納米晶（OAm-CsPbBr?）相比，APTES-CsPbBr?體系中的熱載流子能量弛豫壽命增加至三倍，接近皮秒量級。該工作還基于阻尼振蕩模型，進一步解釋了在全無機鈣鈦礦低維材料中觀測到的載流子-聲子耦合強度與溫度的線性依賴關(guān)系。

該工作提出了利用表面配體直接調(diào)控納米晶熱載流子動力學的理論基礎(chǔ)，為熱載流子納米材料化學合成提供了新的發(fā)展思路和方向。基于此工作，課題組期待有更多、更有效的配體體系能夠被發(fā)掘出來，支撐未來高效的熱載流子光電材料和器件。同時，課題組根據(jù)研究領(lǐng)域的前期工作，完善了可靠的利用超快光譜分析熱載流子動力學的系統(tǒng)方法。該工作以題為“Control of Hot Carrier Relaxation in CsPbBr? Nanocrystals Using Damping Ligands"發(fā)表在著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。（DOI: 10.1002/anie.202111443）

本工作的主體之一熒光發(fā)射光譜的測量，是由武漢東隆科技有限公司提供的德國PicoQuant 高性能熒光壽命和穩(wěn)態(tài)光譜儀Fluotime300支持完成。