Micrografie a fluorescenza durante la compressione e l'intensità del PL e il contributo dell'emissione degli stati intrappolati in funzione della pressione. Credito:Centro per la ricerca avanzata di scienza e tecnologia ad alta pressione
Le perovskiti ad alogenuri organici-inorganici bidimensionali (2-D) sono materiali emergenti per applicazioni fotovoltaiche e optoelettroniche grazie alle loro proprietà fisiche uniche e all'elevato grado di sintonizzabilità. Nonostante notevoli progressi, restano le sfide, tra cui prestazioni insoddisfacenti e una vaga comprensione delle loro relazioni struttura-proprietà. Affrontare queste sfide richiede sistemi di materiali più adatti e metodi avanzati di caratterizzazione in situ.
Un team internazionale guidato dal Dr. Xujie Lü e dal Dr. Wenge Yang del Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research (HPSTAR) e dal Prof. Song Jin dell'Università del Wisconsin-Madison ha scoperto che la compressione reticolare sotto una leggera pressione sopprime notevolmente l'intrappolamento del vettore di una perovskite 2-D (HA) 2 (GA)Pb 2 io 7 , portando a un aumento significativo delle emissioni. intrigante, una nuova fase ottenuta dopo trattamento a pressione possiede una maggiore simmetria cristallografica, meno stati trappola, e maggiore intensità PL. I risultati sono stati recentemente pubblicati su Angew. chimica. Int. Ed.
La compressione del reticolo attraverso la pressione idrostatica è un modo efficace per mettere a punto le proprietà strutturali e ottiche delle perovskiti ad alogenuri bidimensionali (2-D), una nuova classe di materiali emergenti per applicazioni fotovoltaiche e di emissione di luce. Però, alcuni esempi mostrano prestazioni di fotoluminescenza (PL) migliorate delle perovskiti 2-D alla compressione, e il rapporto struttura-proprietà rimane poco chiaro.
In questo lavoro, il team ha usato la pressione per modulare una perovskite (HA) 2-D recentemente sviluppata 2 (GA)Pb 2 io 7 , la cui struttura è caratterizzata da un'enorme gabbia prima irraggiungibile. Ciò offre una rara opportunità di comprendere la relazione struttura-proprietà ed esplorare i fenomeni emergenti. Impressionante, un notevole miglioramento di 12 volte PL è stato ottenuto sotto una leggera pressione entro 1,6 GPa. Il meccanismo sottostante è stato sistematicamente studiato da strutture in situ, spettroscopico, e analisi teoriche. La contrazione del reticolo porta ad un indurimento fononico che riduce notevolmente l'interazione eccitone-fonone e, così, amplia la potenziale barriera per l'intrappolamento del vettore. Perciò, i vettori fotogenerati possono a malapena formare gli stati intrappolati, e la via di ricombinazione non radiativa è principalmente bloccata, con conseguente aumento dell'emissione degli eccitoni liberi.
interessante, per la prima volta, hanno rivelato un processo irreversibile e anomalo durante la decompressione, ottenendo un giallo, non luminescente, fase amorfa di (HA) 2 (GA)Pb 2 io 7 con una banda proibita maggiore. L'emissione può essere attivata e notevolmente aumentata sotto irraggiamento laser quando la pressione è stata rilasciata a 1,5 GPa, accompagnato da un viraggio dal giallo all'arancione. Sulla base di questa osservazione, hanno usato il raggio laser per disegnare un motivo "HP" sulla superficie gialla del campione nella camera DAC. Quando la pressione è stata completamente rilasciata, la fase gialla amorfa potrebbe trasformarsi spontaneamente in una nuova fase arancione con PL potenziato di oltre il 100% rispetto al campione incontaminato. Un'ulteriore caratterizzazione strutturale e analisi degli spettri rivela che la nuova fase possiede una simmetria cristallografica più elevata e un minore intrappolamento del vettore.
Usando la pressione per progettare la perovskite ad alogenuri 2-D altamente distorta, questo lavoro fornisce nuove informazioni sulle relazioni struttura-proprietà delle perovskiti e consente anche la scoperta di nuovi materiali ad alte prestazioni attraverso transizioni di fase indotte dalla pressione.
