HONG KONG, 6 Mei 2024 /PRNewswire/ — Perovskit adalah salah satu topik yang paling banyak diteliti dalam ilmu material. Baru-baru ini, tim peneliti yang dipimpin oleh Prof. LOH Kian Ping, Ketua Profesor Fisika Material dan Kimia dan Profesor STEM Global dari Departemen Fisika Terapan Universitas Politeknik Hong Kong (PolyU), Dr Kathy LENG, Asisten Profesor dari departemen yang sama, bersama dengan Dr Hwa Seob CHOI, Postdoctoral Research Fellow dan penulis pertama makalah penelitian, telah memecahkan tantangan kuno untuk mensintesis perovskit dua dimensi semua-organik, memperluas bidang ke ranah material 2D yang menarik. Terobosan ini membuka bidang baru perovskit organik 2D, yang menjanjikan untuk sains dasar dan aplikasi potensial. Penelitian ini berjudul “Molecularly thin, two-dimensional all-organic perovskites” baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal bergengsi Science.
Perovskit dinamai berdasarkan kemiripan strukturalnya dengan mineral kalsium titanate perovskite, dan terkenal karena sifatnya yang menarik yang dapat diterapkan di berbagai bidang seperti sel surya, pencahayaan dan katalisis. Dengan rumus kimia dasar ABX3, perovskit memiliki kemampuan untuk disetel dengan baik dengan menyesuaikan kation A dan B serta anion X, membuka jalan bagi pengembangan material berkinerja tinggi.
Sementara perovskit pertama kali ditemukan sebagai senyawa anorganik, tim Prof. Loh telah memusatkan perhatian mereka pada kelas perovskit organik yang muncul. Dalam keluarga baru ini, konstituen A, B, dan X adalah molekul organik daripada atom individu seperti logam atau oksigen. Prinsip desain untuk membuat perovskit tiga dimensi (3D) menggunakan komponen organik baru saja ditetapkan. Secara signifikan, perovskit semua-organik menawarkan keunggulan yang berbeda dibandingkan rekan-rekan semua-anorganik mereka, karena mereka dapat diproses solusi dan fleksibel, memungkinkan fabrikasi yang hemat biaya. Selain itu, dengan memanipulasi komposisi kimia kristal, sifat elektromagnetik yang berharga seperti sifat dielektrik, yang menemukan aplikasi dalam elektronik dan kapasitor, dapat direkayasa dengan tepat.
Secara tradisional, para peneliti menghadapi tantangan dalam sintesis perovskit 3D semua-organik karena pemilihan terbatas molekul organik yang dapat sesuai dengan struktur kristal. Menyadari keterbatasan ini, Prof. Loh dan timnya mengusulkan pendekatan inovatif: mensintesis perovskit organik dalam bentuk lapisan 2D, bukan kristal 3D. Strategi ini bertujuan untuk mengatasi kendala yang dikenakan oleh molekul besar dan memfasilitasi penggabungan ion organik yang lebih luas. Hasil yang diantisipasi adalah munculnya sifat-sifat baru dan luar biasa dalam bahan-bahan ini.
Memvalidasi prediksi mereka, tim mengembangkan kelas umum baru perovskit organik berlapis. Mengikuti konvensi untuk penamaan perovskites, mereka menyebutnya “fase Choi-Loh-v” (CL-v) setelah Dr Choi dan Prof. Loh. Perovskit ini terdiri dari lapisan tipis molekuler yang disatukan oleh kekuatan yang menyatukan lapisan grafit, yang disebut gaya van der Waals – maka “v” dalam CL-v. Dibandingkan dengan perovskit 2D hibrida yang dipelajari sebelumnya, fase CL-v distabilkan dengan penambahan kation B lain ke dalam sel satuan dan memiliki rumus umum A2B2X4.
Menggunakan kimia fase larutan, tim peneliti menyiapkan bahan CL-v yang dikenal sebagai CMD-N-P2, di mana situs A, B dan X ditempati oleh CMD (molekul organik siklik terklorinasi), ion amonium dan PF6−, masing-masing. Struktur kristal yang diharapkan dikonfirmasi oleh mikroskop elektron resolusi tinggi yang dilakukan pada suhu kriogenik. Perovskit organik 2D yang tipis secara molekuler ini pada dasarnya berbeda dari mineral 3D tradisional, mereka adalah kristal tunggal dalam dua dimensi dan dapat dikelupas sebagai serpihan heksagonal setebal hanya beberapa nanometer – 20.000 kali lebih tipis dari rambut manusia.
Solusi-prosesibilitas perovskit organik 2D menghadirkan peluang menarik untuk aplikasi mereka dalam elektronik 2D. Tim Poly U melakukan pengukuran pada konstanta dielektrik fase CL-v, menghasilkan nilai mulai dari 4,8 hingga 5,5. Nilai-nilai ini melampaui bahan-bahan yang umum digunakan seperti silikon dioksida dan boron nitrida heksagonal. Penemuan ini menetapkan jalan yang menjanjikan untuk menggabungkan fase CL-v sebagai lapisan dielektrik dalam perangkat elektronik 2D, karena perangkat ini sering memerlukan lapisan dielektrik 2D dengan konstanta dielektrik tinggi, yang biasanya langka. Anggota tim Dr Leng berhasil mengatasi tantangan mengintegrasikan perovskit organik 2D dengan elektronik 2D. Dalam pendekatan mereka, fase CL-v digunakan sebagai lapisan dielektrik gerbang atas, sedangkan bahan saluran terdiri dari Molibdenum Sulfida yang tipis secara atom. Dengan memanfaatkan fase CL-v, transistor mencapai kontrol superior atas aliran arus antara terminal sumber dan drain, melampaui kemampuan lapisan dielektrik silikon oksida konvensional.
Penelitian Prof. Loh tidak hanya menetapkan kelas perovskit organik yang sama sekali baru tetapi juga menunjukkan bagaimana mereka dapat diproses solusinya bersama dengan teknik fabrikasi canggih untuk meningkatkan kinerja perangkat elektronik 2D. Perkembangan ini membuka kemungkinan baru untuk penciptaan sistem elektronik yang lebih efisien dan serbaguna.
Kontak Media
Ibu Annie Wong
Manajer Senior, Hubungan Masyarakat
Telepon: +852 3400 3853
Email: [email protected]