在新型金属卤化物钙钛矿半导体材料家族中，二维Ruddlesden-Popper钙钛矿具有高激子结合能、高结构稳定性、天然量子阱结构等优势，在下一代低成本、柔性光电子器件如太阳能电池、发光二极管、激光二极管、光电探测器等领域极具潜力，也为发展高速、低功耗激子器件提供了理想的平台。比如，基于该类型钙钛矿混合相的太阳能电池的能量转换效率已超过20%，荧光量子产率可达80%，室温激子极化激元效应亦被广为报道。近期，新葡萄8883国际官网张青研究员课题组基于机械剥离的纯相二维钙钛矿薄片，报道了依赖于无机层层数（n）的激光行为，并对内在的能量损耗物理机制进行了研究，指出双激子俄歇复合和激子声子耦合是主要的损耗途径。相关工作在线发表于Adv. Mater. 2019, 1903030，题为“Lasing from Mechanically Exfoliated 2D Homologous Ruddlesden–Popper Perovskite Engineered by Inorganic Layer Thickness”，第一单位为新葡萄8883国际官网。

在本工作中，张青课题组制备了(C₄H₉NH₃)₂(CH₃NH₃)_n-1Pb_nI_3n+1（n = 1–5）的单一组分块状单晶，并通过机械剥离获得了微米尺寸的薄片。低温条件下，n ≥ 3的二维钙钛矿在阈值之上能受激辐射出激光，而对于n ≤ 2的情形，即便温度降至78 K也无法获得激光/自发辐射放大。结合时间分辨荧光光谱、温度依赖荧光光谱等多种表征手段，提出高能量注入时，非辐射复合途径主要为双激子俄歇复合和激子-声子耦合。同时，他们量化了不同n值二维钙钛矿中的能量损耗因素，随着n值减小，量子限域效应增加，俄歇复合强度随之增加，与此同时，晶格刚度降低，激子-声子耦合强度增加，两种效应导致荧光激射阈值随着n降低而逐渐增加。此研究结果为降低二维钙钛矿激光阈值提供了指导。

图（a）机械剥离二维钙钛矿薄片激光表征及能量损耗途径示意图；（b）在78 K温度下n = 2–5机械剥离二维钙钛矿薄片的激光图谱（从左至右），对于n = 2无法出射激光；（c）n = 2–5的二维钙钛矿薄片的荧光有效寿命随载流子密度的依赖关系（从上到下）以及对应的拟合曲线；（d）n = 2–5机械剥离二维钙钛矿荧光半高宽随温度的依赖关系（从上至下）以及对应的拟合曲线。

该工作第一作者为新葡萄8883国际官网2015级本科生梁印、2017级博士生尚秋宇和新葡萄8883国际官网/西北工业大学联合培养博士生魏琪，该工作主要与澳门大学邢贵川教授、国家纳米科学中心刘新风研究员合作完成，并得到了新葡萄8883国际官网物理学院叶堉和施可彬研究员的帮助。研究得到国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、低维量子物理国家重点实验室开放基金等项目的经费支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.201903030