Figura 1:(a - e) Immagine ottica di perovskiti ibride 2D di grandi dimensioni (cristallo singolo) e diverse serie omologhe (composti con lo stesso gruppo funzionale ma differiscono per il numero di unità ripetitive) da n =1 a n =4. ( f - j) Schemi che mostrano la struttura della cella elementare. (k - o) Immagini di microscopia a forza atomica e profilo degli strati di perovskite a cellula singola esfoliata. Credito:Università Nazionale di Singapore
Gli scienziati del NUS hanno scoperto che le proprietà di emissione di luce della perovskite ibrida bidimensionale (2-D) molecolarmente sottile possono essere regolate in modo altamente reversibile per applicazioni optoelettroniche ultrasottili. Un fotorilevatore altamente efficiente è stato fabbricato utilizzando perovskiti ibride con lo spessore di un singolo pozzo quantico.
Le perovskiti stratificate sono processabili in soluzione, materiali a basso costo che possono essere utilizzati come fotorivelatori o emettitori di luce. Si prevede che la capacità superiore del cristallo di perovskite di rilevare ed emettere luce con alta efficienza troverà applicazioni pratiche in vari campi. Ogni unità di base di una perovskite ibrida 2-D è costruita utilizzando uno strato semiconduttore di materiale inorganico inserito tra due strati isolanti organici. Mentre i ricercatori hanno studiato le perovskiti stratificate nella loro forma sfusa negli ultimi trent'anni, le proprietà di questi cristalli quando il loro spessore è ridotto a pochi e singoli strati non sono state in gran parte esplorate.
Un gruppo di ricerca guidato dal Prof Loh Kian Ping, del Dipartimento di Chimica, NUS ha scoperto che uno strato molecolare sottile di perovskite può essere teso in modo altamente reversibile senza introdurre difetti permanenti sul materiale che possono influenzare le sue proprietà di emissione di luce. Anche, le proprietà di emissione della perovskite possono essere modificate in modo reversibile sotto sollecitazioni ripetute. I ricercatori hanno raggiunto questo obiettivo incapsulando la superficie della perovskite con un sottile strato di nitruro di boro esagonale otticamente trasparente. Questo strato barriera intrappola le molecole organiche sulla superficie dello strato di perovskite, impedendo loro di fuggire nell'aria anche sotto forte irradiazione laser.
Utilizzando un metodo di cristallizzazione a temperatura controllata, i ricercatori hanno sintetizzato singoli cristalli di perovskite di dimensioni centimetriche della fase Ruddlesden-Popper (una forma di struttura di perovskite a strati). Questi cristalli appositamente preparati sono molto più grandi dei soliti micron e hanno permesso al team di staccarne strati sottili usando il metodo dello "scotch tape" (metodo simile utilizzato per ottenere il grafene dalla grafite). Questi cristalli ultrasottili sono stati poi utilizzati per gli esperimenti.
Figura 2:Un'impressione artistica dell'interazione laser con una perovskite 2D molecolare sottile incapsulata da nitruro di boro esagonale (strato blu). Credito:Università Nazionale di Singapore
Il professor Loh ha detto, "A differenza delle perovskiti sfuse in cui le catene organiche degli strati adiacenti sono interdigitate e strettamente imballate, lo strato di catena organica sulle perovskiti ultrasottili può "rilassarsi" più facilmente sotto attivazione laser o termica. Questo processo di "rilassamento" modifica le loro proprietà di emissione di luce. Abbiamo scoperto che l'emissione di luce può tornare al suo stato iniziale vincolando ("de-rilassando") la superficie dello strato ultrasottile di perovskite".
"Abbiamo anche studiato la struttura atomica di queste perovskiti utilizzando il microscopio a forza atomica QPlus. A seconda dell'energia termica fornita, gli strati organici sulla superficie possono assemblarsi e modificare le proprietà optoelettroniche del cristallo in modo reversibile. Questo potrebbe essere utilizzato per lo sviluppo di dispositivi optoelettronici sintonizzabili sul ceppo, " ha aggiunto il prof.
