Directional growth of ultralong nanowires (NWs) is significant for practical application of large-scale optoelectronic integration. Here, we demonstrate the controlled growth of in-plane directional perovskite CsPbBr3 NWs, induced by graphoepitaxial effect on annealed M-plane sapphire substrates. The wires have a diameter of several hundred nanometers, with lengths up to several millimeters. Microstructure characterization shows that CsPbBr3 NWs are high-quality single crystals, with smooth surfaces and well-defined cross section. The NWs have very strong band-edge photoluminescence (PL) with a long PL lifetime of ∼25 ns and can realize high-quality optical waveguides. Photodetectors constructed on these individual NWs exhibit excellent photoresponse with an ultrahigh responsivity of 4400 A/W and a very fast response speed of 252 μs. This work presents an important step toward scalable growth of high-quality perovskite NWs, which will provide promising opportunities in constructing integrated nanophotonic and optoelectronic systems.

Although great efforts have been devoted to the synthesis of halide perovskites nanostructures, vapor growth of high-quality one-dimensional cesium lead halide nanostructures for tunable nanoscale lasers is still a challenge. Here, we report the growth of high-quality all-inorganic cesium lead halide alloy perovskite micro/nanorods with complete composition tuning by vapor-phase deposition. The as-grown micro/nanorods are single-crystalline with a triangular cross section and show strong photoluminescence which can be tuned from 415 to 673 nm by varying the halide composition. Furthermore, these single-crystalline perovskite micro/nanorods themselves function as effective Fabry–Perot cavities for nanoscale lasers. We have realized room-temperature tunable lasing of cesium lead halide perovskite with low lasing thresholds (∼14.1 μJ cm–2) and high Q factors (∼3500).

Cesium lead halide perovskite nanowires have emerged as promising low-dimensional semiconductor structures for integrated photonic applications. Understanding light-matter interactions in a nanowire cavity is of both fundamental and practical interest in designing low-power-consumption nanoscale light sources. In this work, high-quality in-plane aligned halide perovskite CsPbX3 (X = Cl, Br, I) nanowires are synthesized by a vapor growth method on an annealed M-plane sapphire substrate. Large-area nanowire laser arrays have been achieved based on the as-grown aligned CsPbX3 nanowires at room temperature with quite low pumping thresholds, very high quality factors, and a high degree of linear polarization. More importantly, it is found that exciton-polaritons are formed in the nanowires under the excitation of a pulsed laser, indicating a strong exciton-photon coupling in the optical microcavities made of cesium lead halide perovskites. The coupling strength in these CsPbX3 nanowires is dependent on the atomic composition, where the obtained room-temperature Rabi splitting energy is ∼210 ± 13, 146 ± 9, and 103 ± 5 meV for the CsPbCl3, CsPbBr3, and CsPbI3 nanowires, respectively. This work provides fundamental insights for the practical applications of all-inorganic perovskite CsPbX3 nanowires in designing light-emitting devices and integrated nanophotonic systems.

Semiconducting p-n heterojunctions, serving as the basic unit of modern electronic devices, such as photodetectors, solar-energy conversion devices, and light-emitting diodes (LEDs), have been extensively investigated in recent years. In this work, high performance self-powered broad-band photodetectors were fabricated based on vertically stacked p-n heterojunctions though combining p-type WSe2 with n-type Bi2Te3 via van der Waals (vdW) epitaxial growth. Devices based on the p-n heterojunction show obvious current rectification behaviors in the dark and superior photovoltaic characteristics under light irradiation. A maximum short circuit current of 18 nA and open circuit voltage of 0.25 V can be achieved with the illumination light of 633 nm (power density: 26.4 mW/cm2), which are among the highest values compared with the ever reported 2D vdW heterojunctions synthesized by chemical vapor deposition (CVD) method. Benefiting from the broad-band absorption of the heterostructures, the detection range can be expanded from the visible to near-infrared (375-1550 nm). Moreover, ascribing to the efficient carriers separation process at the junction interfaces, the devices can be further employed as self-powered photodetectors, where a fast response time (∼210 μs) and high responsivity (20.5 A/W at 633 nm and 27 mA/W at 1550 nm) are obtained under zero bias voltage. The WSe2/Bi2Te3p-n heterojunction-based self-powered photodetectors with high photoresponsivity, fast photoresponse time, and broad spectral response will find potential applications in high speed and self-sufficient broad-band devices.

Previous findings have suggested a close association between oxygen vacancies in SnO

Abstract The bulk photovoltaic effect (BPVE) originating from spontaneous charge polarizations can reach high conversion efficiency exceeding the Shockley-Queisser limit. Emerging van der Waals (vdW) heterostructures provide the ideal platform for BPVE due to interfacial interactions naturally breaking the crystal symmetries of the individual constituents and thus inducing charge polarizations. Here, we show an approach to obtain ultrafast BPVE by taking advantage of dual interfacial polarizations in vdW heterostructures. While the in-plane polarization gives rise to the BPVE in the overlayer, the charge carrier transfer assisted by the out-of-plane polarization further accelerates the interlayer electronic transport and enhances the BPVE. We illustrate the concept in MoS 2 /black phosphorus heterostructures, where the experimentally observed intrinsic BPVE response time achieves 26 ps, orders of magnitude faster than that of conventional non-centrosymmetric materials. Moreover, the heterostructure device possesses an extrinsic response time of approximately 2.2 ns and a bulk photovoltaic coefficient of 0.6 V −1 , which is among the highest values for vdW BPV devices reported so far. Our study thus points to an effective way of designing ultrafast BPVE for high-speed photodetection.

Constructing van der Waals materials with spontaneous out-of-plane polarization through interlayer engineering expands the family of two-dimensional ferroelectrics and provides an excellent platform for enhancing the photoelectric conversion efficiency. Here, we reveal the effect of spontaneous polarization on ultrafast carrier dynamics in rhombohedral stacked bilayer WSe 2 . Using precise stacking techniques, a 3R WSe 2 -based vertical heterojunction was successfully constructed and confirmed by polarization-resolved second harmonic generation measurements. Through output characteristics and the scanning photocurrent map under zero bias, we reveal a non-zero short-circuit current in the graphene/3R WSe 2 /graphene heterojunction region, demonstrating the bulk photovoltaic effect. Furthermore, the out-of-plane polarization enables the 3R WSe 2 heterojunction region to achieve an ultrafast intrinsic photoresponse time of approximately 3 ps. The ultrafast response time remains consistent across varying detection powers, demonstrating environmental stability and highlighting the potential in optoelectronic applications. Our study presents an effective strategy for enhancing the response time of photodetectors.

Structure modeling from maps is an indispensable step for studying proteins and their complexes with cryogenic electron microscopy (cryo-EM). Although the resolution of determined cryo-EM maps has generally improved, there are still many cases where tracing protein main-chains is difficult, even in maps determined at a near atomic resolution. Here, we have developed a protein structure modeling method, called DeepMainmast, which employs deep learning to capture the local map features of amino acids and atoms to assist main-chain tracing. Moreover, since Alphafold2 demonstrates high accuracy in protein structure prediction, we have integrated complementary strengths of de novo density tracing using deep learning with Alphafold2′s structure modeling to achieve even higher accuracy than each method alone. Additionally, the protocol is able to accurately assign chain identity to the structure models of homo-multimers.

Organic materials have been widely used as the charge transport layers in perovskite solar cells due to their structural versatility and solution processability. However, their low surface energy usually causes unsatisfactory thin-film wettability in contact with the perovskite solution, which limits the interfacial performance of the photovoltaic devices. Although solvent post-treatment could occasionally regulate the wetting behavior of organic films, the mechanism of the solid–liquid interaction is still unclear. Here, we present evidence of a possible correlation between the solvent and the wettability of a conventional polymer, poly[bis(4-phenyl) (2,4,6-trimethylphenyl) amine] (PTAA), and reveal the critical roles of Hansen solubility parameters (HSPs) of solvents in wetting mechanisms. Our results suggest that the conventional solvent N,N-dimethylformamide (DMF) improves the wettability of PTAA by the morphological disruption mechanism but negatively impacts interfacial charge collection and stability. In contrast, 2-methoxyethanol (2-Me) with an appropriate HSP value induces the transformation of the PTAA configuration in an orderly manner, which simultaneously improves the wetting property and maintains the film topography. After careful optimization of the surface conformation of the PTAA film, both perovskite crystallization and interfacial compatibility have been enhanced. Benefiting from superior interfacial properties, the perovskite solar cells based on 2-Me deliver a champion efficiency of 24.15% compared to 21.4% for DMF-based ones. More encouragingly, the use of 2-Me minimizes the perovskite buried interfacial defects, enabling the unencapsulated devices to maintain about 95% of their initial efficiencies after light illumination for 1100 h. The present study demonstrates the high effectiveness of solvent–polymer interaction for adjusting interfacial properties and strengthening the robustness of perovskite solar cells.

Layer-engineered interlayer excitons from heterostructures of transition-metal dichalcogenides (TMDCs) exhibit a rich variety of emissive states and intriguing valley spin-selection rules, the effective modulation of which is crucial for excitonic physics and related device applications. Strain or high pressure provides the possibility to tune the energy of the interlayer excitons; however, the reported emission intensity is substantially quenched, which greatly limits their practical application in optoelectronic devices. Here, via applying uniaxial strain based on polyvinyl alcohol (PVA) encapsulation technique, we report enhanced layer-engineered interlayer exciton emission intensity with largely modulated emission energy in WSe