特別說明：本文由米測技術中心原創撰寫，旨在分享相關科研知識。因學識有限，難免有所疏漏和錯誤，請讀者批判性閱讀，也懇請大方之家批評指正。
原創丨彤心未泯（米測 技術中心）
編輯丨風云
二維有機橫向異質結構（2D OLH）由于其獨特的結構和物理特性，在下一代電子器件的設計中顯示出巨大的潛力。然而，控制兩種不同組分的成核、生長和取向是很困難的，2D OLH的生長仍然是一個相當大的挑戰。
有鑒于此，蘇州大學廖良生，王雪東，鄭敏等人報告了基于苝（Pe）和3-苝甲醛（PeO）分子的2D OLH合成的兩步策略，在液相生長過程后使用氣相生長方法。該策略能夠利用Pe和PeO晶體溶解度或升華點的差異來選擇性控制它們的成核和順序生長。所合成的OLH橫向尺寸約為20μm，可調厚度范圍為20至400nm，表現出精確的結構和光學調制。二維晶體的螺旋位錯生長行為顯示了晶格內原子的螺旋排列，這避免了OLH的體積膨脹和收縮，從而最大限度地減少橫向連接缺陷。通過氣相生長方法選擇性控制二維晶體的成核和順序生長導致二維 OLH的結構反轉。通過成功制備幾種基于多環芳烴（PAH）分子的2D OLHs，驗證了該合成策略的通用性。這些發現為二維 OLH 的合成打開了大門，并為創建下一代光電器件提供了物質基礎。
橫向外延生長策略
作者展示了橫向異質結構的合成策略，基于PAH Pe及其衍生物PeO分子開發了一種兩步策略，結合液相生長和氣相生長過程來制備Pe?PeO和PeO?Pe 2D OLH。采用液相生長方法制備了單組分α相Pe和PeO晶體。進一步分析表明保持未鈍化的邊緣對于實現2D OLH的連續外延生長至關重要。為此，作者設計了一種二元溶劑系統，通過液相生長過程實現PeO晶體的未鈍化邊緣生長前沿。二元溶劑體系控制晶體的成核順序，PeO先成核，然后外延生長Pe。通過表征證實了Pe?PeO和PeO-Pe橫向異質結構的成功形成。
圖 具有結構反轉的二維OLH合成的兩步策略
Pe?PeO橫向異質結構
根據溶解度結果，作者設計了二元溶劑體系形成了Pe-PeO橫向異質結構。FM圖像顯示了具有方形形狀的單個Pe?PeO橫向異質結構，在紫外光激發下，Pe?PeO橫向異質結構的外圍邊緣發出橙色光，中心區域發出紅色光，表明橫向異質結構已成功制備。AFM研究表明，Pe?PeO橫向異質結構遵循螺旋位錯生長行為，厚度約為60納米，可歸因于 PeO 材料過量導致的高效結晶，這構成了動力學驅動的過程。此外，TEM、SAED結果表明Pe晶體和PeO晶體的邊緣平面之間的晶格失配很小，有利于Pe?PeO的外延生長。XRD進一步表明橫向異質結構的成功合成。
圖 Pe?PeO橫向異質結構的表征
PeO?Pe異質結構的結構反轉
作者考慮了氣相生長過程通過Pe?PeO異質結構的結構反轉，形成了PeO?Pe橫向異質結構。FM 圖像呈現了方形PeO?Pe橫向異質結構的，紫外光激發表明PeO?Pe橫向異質結構的成功制備。AFM測量表明PeO?Pe橫向異質結構的厚度約為50納米，其厚度也可以通過調整加熱時間來控制。橫向異質結構的生長行為主要由基面（100）決定。拉曼圖清楚地顯示了明確的層次成分分布，驗證了PeO?Pe和Pe?PeO橫向異質結構的形成。拉曼和FTIR光譜證明了橫向異質結構化學成分的空間調制。作者測量了Pe?PeO和PeO?Pe橫向異質結構的光學和熱穩定性，所制備的橫向異質結構在30至100 ℃的溫度下連續激發2小時具有良好的穩定性。
圖 PeO?Pe橫向異質結構的表征
基于橫向異質結構的二維光子學
作者分析了摻雜Pe晶體和PeO晶體的光波導特性，證明了它們的低光損耗。結合有源光波導和無源光波導，2D OLH可用于實現多功能光學應用。作者展示了基于Pe?PeO和PeO?Pe橫向異質結構的光學應用的詳細信息。微區PL光譜表明通過有效的激子轉換實現了主動的二維光子傳輸行為和光傳播過程中的低吸收損耗。總之，微光學表征表明，兩個橫向異質結構的空間調制可以主動實現空間激子轉換并顯著改變光傳輸。
圖 兩個橫向異質結構的光學應用
2D OLH的一般合成
最后，作者選擇了幾種典型的PAH分子來構建橫向異質結構，包括芘（Py）、1-甲基芘（MePy）、苯并苝（BGP）、二苯并（A,H）芘（DbPy）、Pe和PeO等使用液相生長過程合成了菱面體形狀、方形幾何形狀等不同類型的橫向異質結構，進一步驗證了二維OLH橫向外延策略的通用性。
圖 OLH的一般合成
參考文獻：
Lv, Q., Wang, XD., Yu, Y. et al. Lateral epitaxial growth of two-dimensional organic heterostructures. Nat. Chem. (2023).
https://doi.org/10.1038/s41557-023-01364-1
