近年来，卤化物钙钛矿因其优异的光电特性、灵活多样的结构优势，在光电、铁电等领域受到了广泛关注。其中，锗基卤化物钙钛矿材料中Ge2+独特的4s2孤对电子立体化学活性效应，为新型铁电、光电和非线性光学材料的研究注入了新的活力。中国科学院福建物质结构研究所、功能晶体与器件全国重点实验室罗军华、刘希涛研究团队近期在锗基卤化物钙钛矿的铁电性能及非线性光学等方向取得系列突破。这些研究不仅揭示了锗基卤化物钙钛矿体系在铁电、光电和非线性光学响应方面的优异性能，也为开发下一代光电探测器等电子器件提供了新材料平台。
研究进展一：二维层状锗碘钙钛矿铁电半导体
二维半导体由于其固有的各向异性、独特的能带结构和高度可调的特性，在光电领域引发了广泛的研究兴趣。特别是，二维半导体中铁电性的发现为这一领域注入了新的活力，其各向异性、铁电性和半导体特性的耦合将为下一代光电应用提供理想平台。近年来，锗基卤化物钙钛矿颇受关注，Ge2+中孤对电子的显著立体化学表达有利于引起强的八面体畸变和对称性破缺，探索二维锗基卤化物钙钛矿铁电半导体对于理解二维尺度上铁电性和半导体特性的相互作用具有重要意义。为此，中国科学院福建物质结构研究所罗军华、刘希涛研究团队基于分子降维的策略，将大尺寸烷基胺引入3D CsGeI3，获得了一系列二维层状锗碘钙钛矿铁电半导体A2CsGe2I7 [其中A = PA (正丙胺)，BA (正丁胺) 和AA (正戊胺)]。这些化合物表现出优异的铁电性能，其自发极化高达10.5 μC/cm2，优于许多已报道的铅基类似物。结合优异的铁电特性与半导体特性，化合物BA2CsGe2I7表现出独特的体光伏特性，短路电流密度高达81.25 μA/cm2。同时其体光伏电流表现出对光偏振角度的依赖性，在自驱动偏振光电探测方面展现出巨大潜力。该工作利用分子降维的策略，提供了一种全新的具有优异铁电性能与半导体特性的二维铁电半导体体系，为实现各向异性、铁电性、半导体特性的耦合提供了理想平台。
相关研究成果以“Two‐Dimensional Layered Germanium Iodide Perovskite Ferroelectric Semiconductors”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上，中国科学院大学博士研究生李霄琪为论文第一作者，中国科学院福建物质研究所罗军华研究员、刘希涛研究员为共同通讯作者。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202424058
研究进展二：二维锗基碘化物钙钛矿反铁电体实现优异电致极化与高效储能
反铁电材料在外电场作用下能够发生可逆的"反极性-极性"相变，独特的相变行为伴随着巨大的应变和极化强度的显著变化，使其在能量存储、固态制冷和电致伸缩等应用领域展现出巨大潜力。然而，目前高性能反铁电材料主要集中在铅基体系，无铅反铁电体材料体系仍较为稀缺。针对这一现状，功能晶体与器件全国重点实验室罗军华、刘希涛研究团队创新性地设计并合成了首例二维锗基碘化物钙钛矿反铁电体(异丁胺)2CsGe2I7，利用Ge2?孤对电子的显著立体化学表达诱导结构畸变，实现了高达18.8 μC cm-2的电致极化，创下分子反铁电体的新纪录。该材料在宽温区（室温至403 K）内表现出典型的双电滞回线，并在低电场（22.5 kV cm1）下实现了0.27 J cm-3的储能密度和79.76%的高效率。该工作不仅拓展了无铅环保型反铁电材料体系，也为高性能储能电容器的设计提供了新材料平台。
相关研究成果以“Stereo-Active Lone Pairs Induced Giant Polarization in a 2D Ge-Based Halide Perovskite Antiferroelectric“为题发表在Advanced Functional Materials上，中国科学院大学博士研究生李霄琪为论文第一作者，中国科学院福建物质结构研究所刘希涛研究员为通讯作者。
论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202311944
（罗军华课题组供稿）
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