Gli scienziati della National University of Singapore hanno dimostrato l'imaging non invasivo sia degli strati organici che del reticolo inorganico sottostante di perovskiti ibride bidimensionali (2D) a livello di sub-angstrom.

Gli ultimi anni hanno assistito a un'ondata di interesse per la ricerca in tutto il mondo e a una rapida crescita nel campo delle perovskiti ad alogenuri di Ruddlesden-Popper 2D (RPP). Gli RPP 2D sono un tipo di cristallo di perovskite con una nuova interazione luce-materia e una stabilità fotografica e chimica notevolmente migliorata. Hanno strati organici isolanti inseriti tra strutture conduttrici di alogenuri di piombo inorganici.

Tuttavia, la natura isolante e la morbidezza degli strati organici e la struttura inorganica "sepolta" rendono una sfida la determinazione della disposizione atomica spaziale e la comprensione degli effetti correlati negli RPP 2D. Manca ancora la conoscenza microscopica delle disposizioni atomiche negli RPP 2D:affrontare questo aspetto è fondamentale non solo per la comprensione e il controllo fondamentali della carica, della dinamica degli eccitoni e di altri fenomeni quantistici, ma anche per le loro applicazioni tecnologiche nei dispositivi fotovoltaici e optoelettronici.

Un gruppo di ricerca NUS guidato dal Professore Associato Jiong Lu, in collaborazione con il gruppo di ricerca del Professor Kian Ping Loh, entrambi del Dipartimento di Chimica dell'Università Nazionale di Singapore, ha sviluppato un metodo per l'imaging non invasivo sia degli strati organici superiori che dei loro reticolo inorganico sottostante in 2D RPP alla scala sub-angstrom.

I ricercatori hanno utilizzato una combinazione di microscopia a scansione di tunneling (STM) e tecniche di imaging (Figura 1 A). I risultati STM hanno fornito una ricostruzione atomica del reticolo inorganico di alogenuro di piombo (Figura 1 B), mentre l'imaging ncAFM funzionalizzato con la punta ha consentito una visualizzazione degli strati organici superiori e della sua disposizione rispetto al reticolo inorganico sottostante a risoluzione sub-angstrom (Figura 1C). La ricostruzione degli strati organici sulla superficie, presentati da una matrice ben ordinata contenente coppie di cationi butilammonio, è risultata intimamente intrecciata con la deformazione del reticolo inorganico attraverso interazioni di legame idrogeno. Questo lavoro è stato intrapreso in collaborazione con il Prof. Pavel Jelínek dell'Istituto di Fisica dell'Accademia delle Scienze ceca.

Utilizzando la tecnica Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM), il team ha anche condotto l'imaging su scala atomica della variazione del potenziale elettrostatico attraverso le coppie di cationi butilammonio. È interessante notare che questo ha rivelato canali di elettroni e lacune quasi unidimensionali (1D) alternati ai confini dell'interdominio vicini. Questi potrebbero potenzialmente consentire la diffusione dell'eccitone a lunga distanza per migliorare le prestazioni dei dispositivi fotovoltaici e optoelettronici a base di perovskite.

Il professor Lu ha affermato:"I nostri risultati non solo portano intuizioni seminali su scala nanometrica sulla struttura dello stato fondamentale dei motivi sia organici che inorganici negli RPP, ma gettano anche nuova luce sul meccanismo della separazione efficiente delle coppie elettrone-lacuna fotoeccitate e del trasporto degli eccitoni in esse ." + Esplora ulteriormente

Imaging non invasivo della disposizione atomica su scala sub-angstrom in perovskiti ibride 2-D