半导体学院（集成电路学院）庄秀娟教授团队发现镧系掺杂钙钛矿的相分离与相钉扎效应并成功实现高性能双波长激光输出

卤化铅钙钛矿因其优异物理化学性质被认为是太阳能电池、发光二极管、探测器和激光器等光电子领域的革命性材料。然而，其“柔软”的晶格结构导致材料在外界光、电、热刺激下极易发生卤素离子迁移，进而引发相分离、电极极化、性能迟滞乃至结构退化等一系列问题。这不仅严重损害了器件的长期稳定性，更阻碍了基于钙钛矿构建稳定、复合多波段异质结构，限制了其在高端光电子器件领域的应用。以往抑制离子迁移的策略多依赖于引入有机配体或低价阳离子，但其长期稳定性欠佳且往往只关注“抑制迁移”本身，尚未结合材料原子结构及能带实现材料主动设计与应用。

湖南大学半导体学院（集成电路学院）庄秀娟教授团队另辟蹊径，通过镧系离子掺杂策略，通过化学气相沉积法制备了系列Ln-CsPb(X_xY_1-x)₃ （X，Y=Cl，Br，I）高品质单晶。这些单晶材料均表现出由于稳定的卤素相分离带来的双光致荧光谱带发射，且实现了低阈值的双波长激光器。经过理论计算发现，镧系离子掺杂首先降低了合金相卤素钙钛矿的离子迁移势垒，使得原本均匀分布的合金相不稳定，从而促进相分离诱导形成纳米尺度的纯卤素相畴区。然而，一旦行成卤素离子偏析，体系的卤素离子迁移势垒反而会大幅升高，形成一个类似势阱的相偏析态，即相钉扎效应。这一发现为解决钙钛矿材料长期存在的离子迁移、结构不稳定等关键问题提供了全新思路，有力推动了该材料体系在激光器、显示、通信等下一代光电子器件中的应用进程。

相关研究成果以“General Phase Segregation and Phase Pinning Effects in Ln-doped Lead Halide Perovskite with Dual-wavelength Lasing”为题发表在国际权威期刊Nature Communications。论文的第一作者为湖南大学何君宇博士，通讯作者为湖南大学的庄秀娟、国防科技大学的郑玮豪和朱志宏。

Nature Communications隶属于 “Nature家族”，涵盖广泛的自然科学领域，拥有极高的学术标准和广泛的学科影响力，致力于收录具有广泛影响力的前沿科学与工程成果。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-66091-2