背景介绍

一维CsPbBr₃纳米线因其高载流子迁移率、强吸收效率和本征各向异性，在偏振光探测、定向激光和光电传感等领域展现出重要潜力。然而，传统合成方法通常使纳米线沿衬底平面生长，难以实现物理转移至功能性衬底，且常用的催化剂易引入杂质，影响材料本征性能。此外，钙钛矿材料的不稳定性及与衬底的强界面粘附力，使得纳米线在转移过程中易发生结构退化或表面污染，制约了其在复杂光电器件中的应用。因此，开发一种能够制备高纯度、易转移、结构完整的竖立CsPbBr₃纳米线的新方法，对于推动其在下一代光电器件中的应用具有重要意义。

研究方法与内容

本研究采用Ga辅助气相沉积法，在硅衬底上成功实现了竖立CsPbBr₃纳米线的直接生长。该方法以金属Ga作为生长辅助剂，通过气相传输过程，在特定温区获得了高结晶质量、纯立方相结构的CsPbBr₃纳米线。生长机理研究表明， Ga液滴随后作为成核点，吸附气相Cs、Pb和Br，随着前驱体的持续供应，CsPbBr₃在Ga液滴表面外延生长，最终发展成独立的纳米线。该方法无需复杂衬底预处理，所获纳米线可通过简单的干法接触工艺完整转移至任意目标衬底，为后续器件制备提供了极大便利。

研究结果

结构表征证实，所制备的CsPbBr₃纳米线为纯立方相单晶，表面光滑，元素分布均匀。光学性能测试显示，转移后的纳米线在室温下发射强绿色荧光，并在光泵浦激发下实现单模激光发射，其阈值低至13 μJ/cm²，偏振比高达0.908，展现出显著的偏振各向异性，这主要源于纳米线腔体的介电限域效应。时间分辨荧光光谱进一步揭示了其受激发射主导的复合动力学。基于单根纳米线构建的光电探测器表现出优异的综合性能。该器件在405 nm光照下具有极低的暗电流（0.1 pA @ 1 V）和高开关比（约10⁴），响应速度达451 μs / 676 μs。同时，器件展现出高响应度（7.7 A/W）与高探测率（2.0×10¹² Jones），并在多次循环测试中保持稳定。此外，纳米线在环境中展现出良好的长期稳定性，存放10个月后其结构与光学性能均未发生显著退化。

主要创新点

本工作的创新性在于提出了一种无催化剂污染的Ga辅助生长策略，实现了竖立的CsPbBr₃纳米线的可控制备与无损转移。所制备的纳米线同时具备高偏振激光发射与高性能光电探测能力，为在偏振集成光子学和高灵敏度探测等领域中的应用提供了新材料平台。该生长方法简易、可控，为钙钛矿纳米线材料的性能研究与器件集成开辟了新途径。

图1. CsPbBr₃纳米线的形貌表征

图2. CsPbBr₃纳米线的结构表征

图3. CsPbBr₃纳米线生长过程及生长原理示意图

图4. CsPbBr₃纳米线的光学性质

图5. CsPbBr₃纳米线光电探测器的光响应特性

图6. CsPbBr₃纳米线光电探测器的开关特性

总结与展望

本研究通过Ga辅助气相沉积法成功合成了高质量、易转移的竖立的CsPbBr₃纳米线，并系统展示了其在微纳激光与光电探测方面的优异性能。该工作为钙钛矿纳米线的可控制备与功能化器件集成提供了新思路，有望推动一维钙钛矿材料在下一代偏振敏感光电子学、片上集成光子电路及高性能光电探测系统中的实际应用。未来研究可进一步拓展该方法至其他钙钛矿材料体系，并探索其在更复杂异质结与光电集成系统中的应用潜力。

Q. Liu, Q. Li, S. Huang, et al. “Ga-Assisted Free-Standing Growth of CsPbBr₃ Nanowires for High-Performance Optoelectronic Applications.” Small (2026): e10400.

原文链接

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202510400