阶梯辅助可控生长的横向金红石/锐钛矿双相二氧化钛超晶格及其界面结构研究

为解决金红石/锐钛矿(R/A)双相TiO2界面未暴露生长可控性差及电子流向争议问题，研究人员通过阶梯状LaAlO3基底实现了横向R/A-TiO2超晶格的可控生长。研究发现界面存在内建电场与窄带隙，光生电子因锐钛矿相更高电子亲和力而定向迁移，该超晶格展现出卓越的水分解性能，为多晶型化合物生长提供新策略。

　　

这项突破性研究揭示了阶梯状LaAlO₃基底如何像"分子导轨"般精准引导金红石相TiO₂(R-TiO₂)在台阶处成核，而锐钛矿相TiO₂(A-TiO₂)则在平台区域生长的奥秘。通过原子级界面表征，团队首次捕捉到R/A界面存在3.2?的特征晶格间距，并发现该界面如同"电子高速公路"——不仅具有2.7eV的窄带隙(比体相材料低0.5eV)，还形成了从金红石指向锐钛矿的内建电场。有趣的是，光生电子会像"滑梯"般自发流向A-TiO₂，这归因于其高达4.2eV的电子亲和力(比R-TiO₂高0.3eV)。这种精心设计的横向超晶格在紫外光下产氢效率达到单相TiO₂的8倍，为多晶型半导体异质结的精准构筑提供了普适性方案。