安徽大学在钙钛矿超快激光微纳加工方面取得重要进展

近日，安徽大学材料科学与工程学部光电科学与工程学院李思祺副教授团队在钙钛矿超快激光微纳加工及固相相变机理研究取得重要进展。团队提出飞秒激光双光子诱导原位相变新策略，在非发光零维钙钛矿单晶内部实现高发光钙钛矿异质结构的高精度三维直写，相关成果以“Two-Photon Laser Writing of Sub-Diffraction Three-Dimensional Luminescent Perovskite Architecture Embedded in Non-Luminescent Perovskite” 为题发表在《Advanced Functional Materials》期刊。 =9yh<'583

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图1. 飞秒激光诱导相变与多维结构直写示意图

金属卤化物钙钛矿凭借优异的发光性能与光电特性，是下一代微纳光电子器件极具竞争力的候选材料。但现有的钙钛矿激光加工大多采用玻璃作为基质，普遍面临相变势垒高、热膨胀失配、加工后易产生裂纹缺陷等难题，限制了高质量三维钙钛矿微纳结构的制备。
针对这一技术挑战，团队选取兼具高稳定性与高透光性的 Cs₄PbBr₆单晶作为加工基质，有效规避了玻璃加工体系存在的固有缺陷。研究系统探究了激光参数对相变过程的调控机制，结合第一性原理计算、温度场模拟与多维度实验表征证实：飞秒激光双光子吸收带来的局域瞬态高能输入，能够克服吉布斯自由能势垒，驱动晶格重构与离子迁移，是生成发光 CsPbBr₃的核心动因。

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图2. 基于飞秒激光诱导相变加工多维荧光结构

利用激光高斯光场梯度与非线性光致相变的阈值截断效应，该技术实现了亚衍射极限的微纳加工。得益于单晶良好的透光能力，激光可聚焦至晶体内部任意深度，通过逐层直写，既可以制备二维图案，也可构筑金字塔、空心筒等复杂三维发光微纳结构，达成体像素级的结构与发光性能调控，为钙钛矿三维光电器件的高精度制造提供了可行的新方案。
相关链接：https://doi.org/10.1002/adfm.78171

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