Genom ett nära samarbete mellan experimentalister vid University of California Berkeley och teoretiker i Los Alamos Theoretical Division grupp T-1, Centrum för icke-linjära studier (CNLS), och Center for Integrated Nanotechnology (CINT), forskare har utfört femtosekunds transientabsorption och densitetsfunktionella teorisimuleringar för att undersöka den exciterade tillståndsdynamiken hos hybridperovskit MAPbI ₃ och hittade bevis för koherent skelettvibrationsdynamik som leder till bildandet av ett polarontillstånd som understryker laddningsseparation. Lågfrekventa vågpaketlägen observeras huvudsakligen för Pb-I-böjnings- och sträckvibrationer som är ett resultat av polarontillståndets olika geometri jämfört med neutraltillståndet. Den höga effektiviteten hos MAPbI ₃ perovskitsolceller kan vara ytterligare ett exempel på vikten av vibrationskoherens i effektiv fotokemisk dynamik.

Att belysa elektron-fononkoppling i hybrid organisk-oorganiska perovskiter kommer att hjälpa till att förstå den höga fotovoltaiska effektiviteten. Teamet observerade lågfrekventa Raman-lägen och relaterade nukleära förskjutningar av Pb-I-ramverket, indikerar hur dessa vibrationsrörelser leder till polaronbildning som laddningsbärare i hybridperovskiter.

Hybrida organisk-oorganiska perovskiter är material med attraktiva optoelektroniska egenskaper inklusive exceptionell solcellsprestanda. Dess förbättrade egenskaper har tillskrivits polaroniska effekter som involverar stabilisering av lokaliserad laddningskaraktär genom strukturella deformationer och polarisationer. Häri, vi undersöker Pb-I strukturella dynamik som leder till polaronbildning i metylammonium blyjodid perovskit genom övergående absorption, tidsdomän Raman-spektroskopi, och densitetsfunktionsteori. Metylammonium blyjodid MAPbI ₃ perovskite uppvisar sammanhängande kärnvågspaket i exciterat tillstånd som oscillerar vid ~20, ~43, och ~75 cm ^-1 som involverar skelettböjning, böjning i planet, och c-axelsträckning av I-Pb-I-bindningarna, respektive. Amplituderne för dessa vågpaketrörelser rapporterar om storleken på strukturförändringarna i exciterat tillstånd, särskilt, bildandet av en böjd och långsträckt oktaedrisk PbI ₆ ^4- geometri. Dessutom, vi har bestämt den teoretiska geometrin för exciterade tillstånd och strukturella förändringar mellan neutral- och polarontillstånden med hjälp av en normallägesprojektionsmetod, vilket stödjer och rationaliserar försöksresultaten. Således, denna studie avslöjar polaronbildningen via kärndynamik i perovskit som kan vara viktig för effektiv laddningsseparering och uppsamling.