Samenstellingsafhankelijkheid van perovskiet nanokristaleigenschappen

Onderzoekers van Skoltech en Ludwig Maximilians-Universität (LMU) in Duitsland hebben de fundamentele eigenschappen bestudeerd van halide-perovskiet-nanokristallen, een veelbelovende klasse van opto-elektronische materialen. Met behulp van een combinatie van theorie en experiment waren ze in staat om een ​​ingewikkeld verband tussen compositie, door licht geïnduceerde roosterdynamiek en stabiliteit van de materialen aan te tonen en te verklaren. Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Natuurcommunicatie.

Perovskiet nanokristallen (PNC’s) zijn halfgeleider nanokristallen die dankzij hun unieke eigenschappen een aantal toepassingen hebben gevonden in de opto-elektronica, bijvoorbeeld in lasers en LED’s. PNC’s hebben een veel hogere kwantumopbrengst van fotoluminescentie in vergelijking met bulkmaterialen. Bovendien kan op nanoschaal de kwantumbeperking worden bereikt, die kan worden gebruikt als een extra manier om optische eigenschappen van dergelijke materialen af ​​​​te stemmen. Metaalhalogenide-perovskieten hebben elektronische eigenschappen waardoor de optische eigenschappen van nanokristallen die van deze materialen zijn gemaakt, beter bestand zijn tegen defecten dan andere halfgeleidende materialen.

Universitair docent aan het Skoltech Center for Energy Science and Technology (CEST) Sergey Levchenko en zijn collega’s gebruikten atomistische modellering om de resultaten van femtoseconde pompsonde-spectroscopie te verklaren, een methode waarmee de roosterdynamiek in realtime kan worden waargenomen. Ze bestudeerden de coherente trillingsdynamiek van het rooster – hoe de atomaire structuur van PNC’s evolueert na excitatie met een laserpuls met een duur die korter is dan de periode van trillingsmodi – voor hybride halide-PNC’s.

Ze ontdekten onder andere dat energieoverdracht tussen vibratiemodi in op jodium gebaseerde perovskiet-nanokristallen veel meer uitgesproken is dan in op broom gebaseerde kristallen vanwege een verschil in interactie tussen het anorganische raamwerk en de organische groep in organisch-anorganische halogenide-PNC’s.

“Deze resultaten maken de weg vrij voor een rationele controle over fundamentele eigenschappen van dergelijke PNC’s, inclusief energieoverdracht bij optische excitatie en ontspanning van de ladingsdrager, via veranderingen in de samenstelling”, zegt Levchenko.