En lite studerad medlem av perovskitfamiljen kan hitta användning i en rad elektroniska enheter, efter att forskare vid KAUST upptäckt hemligheten bakom dess starka fotoluminescens.

Perovskiter är en bred grupp av material som är kända för att ha anmärkningsvärda optiska och elektroniska egenskaper. Perovskites med den allmänna formeln ABX3, och särskilt perovskiten metylammonium blytrihalid, har väckt nästan all forskningsuppmärksamhet tack vare deras stora löfte som lågkostnad, högeffektiva solcellsmaterial.

Andra medlemmar av perovskitfamiljen och perovskitderivat är också värda forskningsämnen, säger Michele De Bastiani, en postdoktor i Osman Bakrs grupp vid KAUST.

De Bastiani och hans kollegor har testat Cs4PbBr6, en perovskite av A4BX6-grenen av familjen. Detta material är känt för sin starka fotoluminescens - förmågan att absorbera ljus vid en våglängd och återutsända det vid en annan.

Materialets potentiella tillämpningar inkluderar färgkonverterande beläggningar på LED-lampor, lasrar och fotodetektorer. Men för att kunna finjustera materialets optoelektriska egenskaper för varje applikation, forskare måste lösa mysteriet om varför perovskiten fotoluminerar så starkt.

"Vi undersökte de strukturella och optoelektroniska egenskaperna hos Cs4PbBr6 för att förstå ursprunget till dess fotoluminescens, "Säger De Bastiani. Genom att utsätta materialet för en flod av tester, teamet upptäckte att när en Cs4PbBr6-kristall värmdes till 180°C, dess fotoluminescens förstördes irreversibelt.

Fotoluminescens är en tvåstegsprocess; absorption av ljus genererar ett par kvasipartiklar som kallas excitoner i perovskiten, som måste rekombineras för att avge ljuset igen. Använda temperaturberoende röntgendiffraktion för att spåra strukturella förändringar av materialet när värme applicerades, teamet upptäckte att vid 180°C, CsPbBr3 nanokristaller bildas i mineralet.

De värmeinducerade strukturella omarrangeringarna som skapar dessa nanokristaller sväljer också naturliga defekter i den ursprungliga kristallen där bromatomer saknades, drog forskarna slutsatsen. Dessa vakanser för brom fungerar som fällor för att passera exiktoner. Inbunden i dessa fällor, excitonerna är mycket mer benägna att rekombinera och avge ljus.

"Nu när vi har denna grundläggande förståelse, vårt nästa steg är att gå vidare till potentiella applikationer, " De Bastiani säger. "Den unika fotoluminescens som manifesteras av Cs4PbBr6 gör dessa perovskites tilltalande material för elektroluminescensanordningar, lasrar och ljusomvandlare."

Under tiden, många andra lite utforskade medlemmar av perovskitefamiljen med intressanta egenskaper väntar på att avslöjas, tillägger De Bastiani. "Ett exempel är CsPb2Br5, en enda kristall som vi nyligen syntetiserade för första gången med osynliga optoelektroniska egenskaper. "