Le perovskiti bidimensionali (2D) sono strutture multiple quantum well (QW) formate dall'alternanza di strati inorganici e organici. Sono promettenti nelle applicazioni delle celle solari, LED, e fotorivelatori.

Però, a causa della barriera energetica esercitata dai leganti organici isolanti tra QW, gli eccitoni fotogenerati sono solitamente confinati nel piano QW della perovskite e mostrano uno scarso trasporto del vettore interstrato (QW-to-QW). Ciò limita l'ulteriore applicazione delle perovskiti 2D nei dispositivi optoelettronici.

Recentemente, un gruppo di ricerca guidato dal Prof. Jin Shengye del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha rivelato un nuovo meccanismo di trasferimento di elettroni interstrato assistito da Auger in perovskiti a strati bidimensionali. Offre una nuova linea guida per progettare perovskiti 2D con una proprietà di trasporto di carica QW-to-QW otticamente sintonizzabile.

Questo lavoro è stato pubblicato in Giornale della Società Chimica Americana il 18 marzo.

Gli scienziati hanno condotto esperimenti di assorbimento transitorio dipendenti dall'intensità della pompa su una serie di (C _m h _2m+1 NH ₃ )2PbI ₄ Perovskiti stratificate 2D con diverse lunghezze di catena alchilica legante (m =8, 10, 12, 18).

Una catena del ligando più lunga (m più grande) ha portato a un aumento dell'energia del gap di banda QW (Eg) e a una barriera energetica inferiore (Eb) del trasferimento di elettroni tra gli strati. Quando m≥12, dove il valore di Eb si avvicina a Eg, è stata osservata una caratteristica di lunga durata e simile a un derivato negli spettri di assorbimento transitorio (TA). La caratteristica spettrale TA simile non era presente nelle perovskiti 2D a catena corta con m≤12.

Gli scienziati hanno proposto un nuovo meccanismo di trasferimento di elettroni da QW a QW assistito da Auger per spiegare i risultati sperimentali. Quando Eg ≈ Eb, la ricombinazione Auger di un eccitone potrebbe pompare l'elettrone in un altro eccitone per trasferirlo verso un QW vicino attraverso i ligandi di barriera. Gli elettroni e le lacune separati hanno creato un campo elettrico interno e hanno causato la caratteristica spettrale transitoria di tipo derivato attraverso un effetto Stark confinato quantistico.

Questo meccanismo di trasferimento di elettroni assistito da Auger può essere utilizzato per progettare nuove perovskiti 2D a strati con una migliore mobilità di carica interstrato o proprietà ottiche sintonizzabili, che possono essere infine utilizzati in dispositivi fotoelettronici e di modulazione ottica.