近日，深圳大學物理與光電工程學院黃浦助理教授、賀廷超教授、李貴君助理教授聯合團隊在鈣鈦礦藍光LED研究方面取得重要突破，相關成果以「Lattice strain modulation toward efficient blue perovskite light-emitting diodes」為題發表於Science旗下國際頂尖期刊《Science Advances》，深圳大學為第一單位，黃浦、賀廷超、李貴君為論文通訊作者，博士後研究員劉寶星為論文第一作者。據悉，該研究首次提出組合鈣鈦礦中的雙極化躍遷通道增強藍光躍遷的新思想，並通過應變工程實現破紀錄的鈣鈦礦藍光發射。研究不僅為鈣鈦礦藍光LED的產業化應用邁出了重要一步，更為以實際應用為目標導向的材料設計和器件研究提供了一條標準範式。

    藍光是自然界中紅/綠/藍三基色不可缺少的組成部分，藍光材料及其發光二極管（LEDs）在固態照明和平板顯示領域發揮着至關重要的作用。近年來，具有高熒光量子產率和高飽和度的鹵化物鈣鈦礦材料憑藉其低成本、導電性良好等獨特的優勢，在固態照明與顯示領域展現出廣泛的應用前景，是下一代節能照明的理想之選。目前，綠光、紅光和近紅外鈣鈦礦LEDs的外量子效率（EQE）很高，均已突破了20%，並接近商用量子點和有機LEDs的器件性能。然而，作為白光照明和全彩顯示的最後一塊重要基石，鈣鈦礦藍光LEDs在效率方面明顯滯後。

    針對該問題，研究團隊首次提出組合鈣鈦礦中的雙極化躍遷通道增強藍光躍遷的物理思想。通常實現半導體高效的藍光發射要求材料具有直接帶隙，禁帶寬度位於藍光波段，且帶邊波函數宇稱非禁阻。此外，導帶和價帶附近能態波函數由於對稱性存在差異，因而對吸收/發射光子的偏振模式具有選擇性，比如各向異性半導體。因此，基於材料的對稱性特徵合理利用帶邊電子/空穴躍遷的偏振選擇性，對實現光電器件的偏振操縱和性能提升具有重要意義。

    研究團隊發現具有Pnma對稱性的鈣鈦礦帶邊躍遷呈現出很純的單極化特徵，通過結構形變誘導八面體產生畸變，可以調控過渡金屬和鹵族元素的p-d電子態耦合，進而實現對帶邊單極化能帶順序（band ordering）的調製。應變工程可以使導帶底附近的兩條單極化能帶形成一種准簡併態，這時帶邊的電子/空穴躍遷可以由原先的單一極化選擇模式（x方向極化）轉變成雙極化選擇模式（x和y方向極化），從而產生更強的光學躍遷響應。研究團隊通過控制PEACl和DABr分子的組分比例實現了鈣鈦礦晶格膨脹，並藉助極化依賴的PL光譜表徵成功證實了應變對雙極化躍遷通道的調製效應。基於該應變鈣鈦礦的LED器件性能顯示，其在488 nm和483 nm藍光波段的EQE效率分別高達14.71%和10.11%。

    該研究從半導體發光的電子結構角度出發，到設計增強藍光躍遷的物理模型，再到基於構效關係的理論+實驗雙重驗證，最後實現器件研發和性能調控，為以實際應用為目標導向的材料設計和器件研究提供了一條標準範式。研究所提出的操控極化躍遷通道的物理模型和應變工程策略，不僅可以成功應用於鈣鈦礦藍光器件的性能提升，更可以推廣到光電、光伏、電子、能源催化等領域的多種材料體系，通過合理調控載流子的躍遷極化特徵來實現相關器件的性能調製，或基於此構築極化依賴的新原理器件原型。

    該工作得到了廣東省自然科學基金，國家重點研發計劃，深圳市孔雀團隊、基礎學科佈局，粵港澳聯合基金等項目的支持。（記者 林麗青）