鈣鈦礦是一類特殊的離子型功能材料，具有豐富的化學(xué)多樣性。其中氧化物鈣鈦礦大多為寬帶隙半導(dǎo)體或絕緣體，被廣泛應(yīng)用于鐵電、介電、壓電、能量存儲及轉(zhuǎn)換設(shè)備中。而鹵素鈣鈦礦是一類重要半導(dǎo)體材料，具有優(yōu)異的光電性質(zhì)，例如長的載流子遷移長度和壽命、強(qiáng)的光吸收、高的光致發(fā)光量子產(chǎn)率和可調(diào)諧的光學(xué)帶隙等。自2009年作為吸收層應(yīng)用于太陽能電池以來，鹵素鈣鈦礦的研究迅速推動了光電器件的進(jìn)步。目前大多數(shù)研究集中在如何將鈣鈦礦微晶顆粒或多晶薄膜集成到器件中提升性能，而對鈣鈦礦的本征物理性質(zhì)了解相對較少。

從結(jié)構(gòu)來講，鈣鈦礦可以分為層狀和非層狀兩類。層狀鈣鈦礦由周期排列的單層或多層無機(jī)層板構(gòu)成。其中最具代表性的是Ruddlesden-Popper (RP) 和 Dion-Jacobson (DJ) 兩種堆疊構(gòu)型（圖1）。它們具有比非層狀鈣鈦礦更好的環(huán)境穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)可調(diào)性。例如，在有機(jī)-無機(jī)鹵素鈣鈦礦中，無機(jī)半導(dǎo)體層表面的有機(jī)分子引起強(qiáng)烈的量子限域和介電限域效應(yīng)，此時無機(jī)層可作為量子阱形成超晶格，其中晶胞大小可以通過無機(jī)層板厚度及有機(jī)分子種類進(jìn)行調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)的改變將影響整體的物理特性，例如帶隙寬度和激子結(jié)合能。有意思的是，RP構(gòu)型的鹵化物鈣鈦礦中，兩個相鄰晶胞之間的有機(jī)分子通常通過范德華力等弱相互作用連接，因此可以像剝離石墨烯那樣，將單個鈣鈦礦晶胞從層狀晶體中分離出來。將鈣鈦礦的物理厚度減小到單層極限，可以更容易整合到電子器件中獲取本征性質(zhì)，并且可以更深入地研究結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，以及隨著單元格數(shù)量的增加這種關(guān)系將如何變化。

因此，單層鈣鈦礦被定義為一類新型二維材料。與傳統(tǒng)二維無機(jī)材料不同，單層鈣鈦礦由柔性可動態(tài)變化的晶格組成，這使它們特別容易受到外部刺激，例如界面形變、溫度、壓力和電場等的影響。它們的化學(xué)結(jié)構(gòu)具有高度可調(diào)性，因此能夠獲得大量具有可定制特征的新型二維材料，這大大超越了層狀鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)多樣性。重要的是，在具有鐵電性質(zhì)的鈣鈦礦單層中，反轉(zhuǎn)對稱性的破壞可以增強(qiáng)Rashba自旋分裂，通過這個效應(yīng)可以操控載流子壽命、材料磁性和電子結(jié)構(gòu)。目前，鹵化物鈣鈦礦的二維薄片已經(jīng)通過剝離RP構(gòu)型的晶體或小分子組裝的方法（例如化學(xué)氣相沉積和外延生長）制備。其中自下而上的合成路線也適用于生長單層氧化物鈣鈦礦。長期以來，氧化物鈣鈦礦的最小臨界厚度被認(rèn)為不能少于5個晶胞，低于該厚度時，薄膜的晶格會坍塌。然而最近，通過離子交換法成功從DJ構(gòu)型的層狀晶體中分離了氧化物鈣鈦礦單層，其中每個晶胞由三層無機(jī)層板構(gòu)成。值得注意的是，多元氧化物鈣鈦礦甚至具有金屬性和超導(dǎo)性。但是對二維尺度下這些氧化物的電子態(tài)的研究仍處于起步階段。

圖1：鈣鈦礦材料的類型（包括非層狀及RP-和DJ-構(gòu)型的層狀結(jié)構(gòu)）及單層鈣鈦礦的制備方法（包括機(jī)械法剝離、離子交換剝離、液相生長及基底外延生長等）。

作者在這篇綜述中詳細(xì)介紹單層鈣鈦礦材料的研究進(jìn)展，包括材料的合成、表征和基本物理性質(zhì)。特別是，作者著重探討了調(diào)控單層鈣鈦礦物理性質(zhì)的方法，以及如何將其應(yīng)用于未來的新器件制備、新性質(zhì)探索和創(chuàng)新應(yīng)用等。由于廣泛可調(diào)的化學(xué)和物理特性，單層鈣鈦礦材料的發(fā)展將大大促進(jìn)鈣鈦礦和二維材料這兩個不同研究領(lǐng)域之間的交叉融合，為下一代二維多功能器件的發(fā)展帶來機(jī)會。