光電邏輯器件因高速信息傳輸、高帶寬和低功耗等優(yōu)勢被認(rèn)為是下一代邏輯電路的理想模型。得益于鈣鈦礦材料的可調(diào)帶隙和溶液處理等優(yōu)勢，鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以對不同波長入射光產(chǎn)生差異化的光電響應(yīng)信號，并可與印刷技術(shù)兼容，具有低成本和大規(guī)模制造等優(yōu)點(diǎn)，可用于制備光電邏輯器件。然而，目前的光電邏輯器件通常由兩個以上的異質(zhì)結(jié)構(gòu)堆疊而成，但復(fù)雜的構(gòu)型和制造工藝限制了其集成和應(yīng)用。

中科院化學(xué)研究所綠色印刷院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室宋延林課題組開展了可控印刷多維度、多功能微納傳感器件等方面的研究，并取得了進(jìn)展。近期，該課題組利用模板輔助連續(xù)印刷策略可控制備鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)陣列，并實(shí)現(xiàn)光控邏輯運(yùn)算。該策略印刷制備MAPbBr3陣列，進(jìn)而在預(yù)成型MAPbBr3陣列和模板的協(xié)同誘導(dǎo)作用下，在MAPbBr3陣列的特定位點(diǎn)處精準(zhǔn)印刷構(gòu)筑MAPbI3異質(zhì)區(qū)域。在異質(zhì)區(qū)域的引入過程中，該研究通過精準(zhǔn)調(diào)控MAPbI3前驅(qū)體溶液中DMF/MAAc二元溶劑的比例和濃度，避免該過程對預(yù)成型MAPbBr3陣列的損傷，并抑制瑞利失穩(wěn)效應(yīng)，改善MAPbI3的結(jié)晶質(zhì)量，從而制備具有多異質(zhì)區(qū)域且形貌均勻可控的MAPbBr3-MAPbI3異質(zhì)結(jié)構(gòu)陣列。MAPbBr3-MAPbI3異質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同區(qū)域可以對不同波長的入射光展現(xiàn)出不同的邏輯態(tài)。該工作結(jié)合電極設(shè)計，在單個鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)單元上實(shí)現(xiàn)了“與”和“或”邏輯門，并在鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)陣列上以100%的準(zhǔn)確率實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的邏輯操作。

印刷制備鈣鈦礦異質(zhì)結(jié)構(gòu)陣列實(shí)現(xiàn)光控邏輯運(yùn)算

上述成果驗(yàn)證了印刷制備高密度異質(zhì)結(jié)構(gòu)陣列的可行性，為簡化光電集成器件的制備工藝提供了新方法。

相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會、科學(xué)技術(shù)部、中國科學(xué)院的支持。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202404740