Illustrazione schematica dell'insolito crossover blueshift-redshift di bandgap con temperatura in CsPbBr3 2-ML NPLs, che è provvisoriamente attribuito al compromesso tra i contributi opposti delle interazioni elettrone-fonone acustico e elettrone-fonone ottico alla rinormalizzazione del bandgap. Credito:DOI:10.1002/advs.202100084
A causa degli alti rendimenti quantici, grande sezione trasversale di assorbimento, eccellenti prestazioni di trasporto del vettore ed emissione a banda stretta, semiconduttori inorganici di perovskite di alogenuro di piombo hanno ricevuto una crescente attenzione per le loro applicazioni nelle celle solari, LED, dispositivi laser, ecc. Comprendere l'origine fisica della dipendenza dalla temperatura del bandgap nelle perovskiti inorganiche di alogenuro di piombo è essenziale e importante.
In uno studio pubblicato su Scienze avanzate , il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Chen Xueyuan del Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM) dell'Accademia cinese delle scienze (CAS) ha scoperto che la dipendenza dalla temperatura del bandgap in CsPbBr 3 perovskite è variabile con la dimensionalità del materiale.
I ricercatori hanno condotto un'indagine comparativa sull'intervallo di banda dipendente dalla temperatura in CsPbBr . quasi 3D simile alla massa 3 nanocristalli (NC) con confinamento quantistico debole e CsPbBr 2D a 2 strati di spessore 3 nanopiastrine (2-ML NPL) con forte confinamento quantistico.
Per una determinazione più accurata dello spostamento del bandgap, i ricercatori hanno estratto in modo elaborato l'energia del gap di banda adattando il coefficiente di assorbimento vicino al bordo della banda al modello di Elliot. Il valore del bandgap estratto di CsPbBr 3 Gli NPL da 2 ML hanno mostrato un primo blueshift e poi un redshift con temperature decrescenti da 290 a 10 K, in netto contrasto con il monotono redshift solitamente osservato in CsPbBr 3 NC di massa.
Dal punto di vista teorico, la rinormalizzazione del bandgap deriva essenzialmente dall'espansione termica del reticolo e dalle interazioni elettrone-fonone. Però, per una grande varietà di materiali semiconduttori e in particolare i composti a base di piombo, il contributo dell'espansione termica alla rinormalizzazione del bandgap non è stato preso in considerazione perché aveva una grandezza relativamente piccola rispetto al contributo delle interazioni elettrone-fonone.
A causa della periodicità traslazionale di rottura nella direzione dello spessore di 2D CsPbBr 3 NPL da 2 ml, le strutture di elettroni e fononi, e di conseguenza la rinormalizzazione del bandgap derivante dalle interazioni elettrone-fonone è suscettibile di cambiare notevolmente rispetto al quasi-3D CsPbBr 3 controparti NC. Il forte effetto di confinamento quantistico e la ridotta schermatura dielettrica dovuta alla bassa costante dielettrica dei ligandi organici di superficie in CsPbBr 3 Gli NPL 2-ML influenzano anche le interazioni elettrone-fonone.
I ricercatori hanno adottato il modello a due oscillatori di Bose-Einstein per determinare l'effettivo coefficiente di interazione elettrone-fonone attraverso l'adattamento del bandgap in funzione della temperatura. I risultati hanno manifestato un peso significativamente maggiore del contributo dell'interazione elettrone-fonone ottico alla rinormalizzazione del bandgap negli NPL rispetto a quello nei NC che spiega il crossover blueshift-redshift del bandgap negli NPL.
Questo studio fornisce nuove informazioni sul ruolo fondamentale delle interazioni elettrone-fonone nella rinormalizzazione del bandgap per le perovskiti inorganiche di alogenuro di piombo 2D, che potrebbe aprire la strada a ulteriori indagini sulle proprietà ottiche e optoelettroniche dei nanomateriali di perovskite 2D.
