普渡大学的工程师们开发出一种正在申请专利的方法，用于合成具有大纵横比和可调有机-无机化学成分的高质量层状钙钛矿纳米线。

窦乐天，工程学院查尔斯·戴维森化学工程副教授兼化学副教授，带领着一个国际团队，其中包括戴维森化学工程学院的博士后研究助理邵文浩和研究生助理金正辉。

窦说，普渡大学的方法创造了层状钙钛矿纳米线，其腔体非常明确且灵活，表现出超越传统钙钛矿的一系列不寻常的光学特性。

“我们观察到了各向异性发射极化、低于3分贝/毫米的低损耗波导和低于20微焦耳/平方厘米的高效低阈值光放大，”他说。“这是由于1D纳米线内部独特的2D量子限制以及大大改善的晶体质量。”

该项研究已发表在《科学》杂志上。窦教授及其团队向普渡大学技术商业化创新办公室披露了他们的创新成果，该办公室已向美国专利商标局申请专利以保护其知识产权。

新方法与传统方法

邵说，层状金属卤化物钙钛矿(通常称为二维钙钛矿)可以在溶液中合成，其光学和电子特性可以通过改变其成分来调整。它们很容易长成大而薄的薄片，但一维形式的材料生长受到限制。

“传统方法，如气相生长或光刻模板溶液相生长，具有较高的加工复杂性和成本，”他说。“它们的可扩展性和设计灵活性也有限。”

Kim表示，普渡大学的方法使用有机模板分子，打破层状钙钛矿的平面对称性，并通过二次键合相互作用诱导一维生长。

“具体来说，这些分子引入了平面氢键，这与卤化物钙钛矿的离子性质和八面体间距都相兼容，”她说。“层状钙钛矿纳米线可以很容易地组装成具有可调整长度和高质量腔体的结构，为研究层状钙钛矿中的激光、光传播和各向异性激子行为提供了理想的平台。”

窦教授表示：“我们的方法突出了有机-无机杂化半导体的结构可调性，这也为层状材料带来了前所未有的形态控制。这项工作真正打破了传统一维和二维纳米材料之间的界限，将不同的特性结合到一个材料系统中，开辟了许多新的可能性。”

“这只是一个令人兴奋的新方向的开始，”窦说。“我们目前正在开发新的成分和结构，以进一步提高激光性能和稳定性。我们还在研究这些一维纳米结构的大规模图案化，以构建集成光子电路。我们也有兴趣与工业界合作，扩大化学和设备应用。”

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