《Nature》，鈣鈦礦再登封面！

由於染料分子的光譜中出現的集體現象，它們的相干遠程能量傳輸，與自然光收集複合物的概念上的相似性，以及它們作為光源和光伏的潜在用途，人們對其的原子定義集合（如H和J聚集體），已經關注超過了80多年。另一種方法，是通過將膠體電晶體納米晶體組織成長程有序的超晶格，來創造多功能和可控的聚集體，從而顯示集體現象。

銫鉛鹵化鈣鈦礦納米晶體，是上述超晶格極具希望的構建資料，因為它具有明亮三重態激子的高振盪强度、緩慢的失相（高達80皮秒的相干時間）和最小的發射線非均勻展寬。然而到目前為止，從這些納米晶體中，只能設計出具有簡單立方填料的單組分超晶格。

在此，來自瑞士聯邦理工學院的Maksym V. Kovalenko等研究者，介紹了鈣鈦礦型（ABO₃）二元和三元納米超晶格，其通過空間穩定、高發光立方CsPbBr₃納米晶體（佔據B和/或O晶格位）、球形Fe₃O₄或NaGdF₄納米晶體（A比特）和截斷長方體PbS納米晶體（B比特）的形狀定向共組裝創建。相關論文以題為“Perovskite-type superlattices from lead halide perovskite nanocubes”發表在Nature上。

論文連結：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-03492-5

同期，該論文登上《Nature》的封面。

與螢光不同，超螢光，是幾個最初非相干光激發偶極子的集體發射，它們由共同的光子場耦合，其特徵是數量級更快的輻射衰减和Burnham-Chiao振鈴行為的出現。鹵化鉛鈣鈦礦納米晶超晶格中的超螢光，最近研究者證明，其可以最簡單的排列幾何-立方納米晶的簡單立方排列成三維超晶。然而，最近膠體科學的進展表明，超晶格更廣泛的結構工程能力，如可程式設計調整集體發射和建立理論框架，或許是可行的。

納米超晶格的形成，通常是由焓貢獻和熵作用之間的平衡來控制的。例如，當納米晶體之間，設計出特定的成對相互作用時，比如DNA包覆的貴金屬納米晶體與DNA連接物，在水的基礎上共同組裝時，焓就占主導。但這一策略，不適用於水溶性鈣鈦礦納米晶體。當近程斥力是粒子間勢的主要組成部分時，空間穩定的非極性納米晶體膠體可能以熵佔優勢，這使得納米晶體表現得像硬球。這種膠體，在溶劑蒸發六方密堆積或面心立方堆積或立方體簡單立方堆積的條件下，通常會向最密集的週期排列過渡，從而使系統的自由能最小化。

球形納米晶體的混合物已經被證明，至少可以形成20種不同的二元超晶格結構，並且通常在其有效硬球直徑的給定比例下優化堆積密度。通常，可以觀察到與NaCl、NaZn₁₃、AlB₂、MgZn₂或CaCu₅等具有同結構的超晶格。立方納米晶體新增了一個自由度——單胞內的相對取向——這在球形情况下是不存在的，這使得形成熱力學穩定的多組分超晶格，非常具有挑戰性。據現時所知，包含空間穩定立方體的混合超晶格，以前還沒有實現，儘管這種超晶格，在理論上是可能的。例如，在NaCl型超晶格的情况下，大的球體（a）和小的立方體（B）的混合物比兩個（A + B）球體，在任意B/A尺寸比下的堆積密度（η）更大（γ=d_B/d_A< 1；圖1 k）。

圖1由8.6 nm CsPbBr₃和19.5 nm Fe₃O₄納米晶組裝的二元ABO₃型超晶格的表徵（γ=0.420）。

在這裡，研究者證明了立方和球形空間穩定納米晶體的共組裝，在實驗上是可能的，並且鈣鈦礦納米晶體的立方形狀，導致了與全球形系統截然不同的結果。在此，除了預期的NaCl型或普通的AlB₂型超晶格，研究者還提出了鈣鈦礦型（ABO₃）二元和三元納米超晶格。在二元ABO₃超晶格中，較大的球形Fe₃O₄或NaGdF₄納米晶佔據A比特，較小的立方CsPbBr₃納米晶佔據B比特和O比特。這些ABO₃超晶格，以及研究者所展示的二元NaCl和AlB₂超晶格結構，均表現出CsPbBr₃納米立方體高度的定向有序。它們還表現出超螢光——一種集體發射，導致光子以超快的輻射衰减（22皮秒）爆發，這可以定制用於超亮（量子）光源。