Jiming Bao, docent i el- och datateknik vid University of Houston, ledde en internationell grupp forskare som undersökte hur en tvådimensionell perovskit bestående av cesium, bly och brom kunde avge ett starkt grönt ljus. Kredit:University of Houston
Forskare uppmärksammade för tre år sedan när de rapporterade att en tvådimensionell perovskit-ett material med en specifik kristallstruktur-bestående av cesium, bly och brom avgav ett starkt grönt ljus. Kristaller som producerar ljus på det gröna spektrumet är önskvärda eftersom grönt ljus, samtidigt som det är värdefullt i sig, kan också relativt enkelt konverteras till andra former som avger blått eller rött ljus, vilket gör det särskilt viktigt för optiska applikationer, allt från ljusemitterande enheter till känsliga diagnostiska verktyg.
Men det fanns ingen överenskommelse om hur kristallen, CsPb 2 Br 5 , producerade den gröna fotoluminescensen. Flera teorier framkom, utan ett definitivt svar.
Nu, dock, forskare från USA, Mexiko och Kina, ledd av en elingenjör från University of Houston, har rapporterat i tidningen Avancerade material de har använt sofistikerade optiska och högtrycks diamantstädcellstekniker för att bestämma inte bara mekanismen för ljusemission utan också hur man replikerar den.
De syntetiserade initialt CsPb 2 Br 5 från ett besläktat material som kallas CsPbBr 3 och fann att den främsta orsaken till ljusutsläppet är en liten överväxt av nanokristaller som består av det ursprungliga materialet, växer längs kanten av CsPb 2 Br 5 kristaller. Medan CsPbBr 3 , baskristallen, är tredimensionell och verkar grön under ultraviolett ljus, det nya materialet, CsPb 2 Br 5 , har en skiktad struktur och är optiskt inaktiv.
"Nu när mekanismen för att avge detta ljus är förstådd, det kan replikeras, "sa Jiming Bao, docent i el- och datorteknik vid UH och motsvarande författare på pappret. "Båda kristallerna har samma kemiska sammansättning, ungefär som diamant kontra grafit, men de har mycket olika optiska och elektroniska egenskaper. Människor kommer att kunna integrera de två materialen för att skapa bättre enheter. "
Potentiella tillämpningar sträcker sig från solceller till LED -belysning och andra elektroniska enheter.
Bao började arbeta med problemet 2016, ett projekt som slutligen involverade 19 forskare från UH och institutioner i Kina och Mexiko. Just då, det fanns två vetenskapliga skolor om ljusutsläpp från cesiumkristallen:att det avgav grönt ljus på grund av en defekt, främst brist på brom, snarare än själva materialet, eller att en variant av misstag hade införts, resulterar i utsläpp.
Hans grupp började med syntesen av ett rent prov genom att släppa CsPbBr 3 pulver i vatten, vilket resulterar i skarpare kanter. De skarpare kanterna avgav ett starkare grönt ljus, Sa Bao.
Forskarna använde sedan ett optiskt mikroskop för att studera de enskilda kristallerna i föreningen, som Bao sa tillät dem att fastställa att även om föreningen är transparent, "något hände på kanten, vilket resulterar i fotoluminescensen. "
De förlitade sig på Raman -spektroskopi - en optisk teknik som använder information om hur ljus interagerar med ett material för att bestämma materialets gitteregenskaper - för att identifiera nanokristaller av det ursprungliga källmaterialet, CsPbBr 3 , längs kristallens kanter som ljuskälla.
Bao sa CsPbBr 3 är för instabil för att använda på egen hand, men stabiliteten hos den konverterade formen hindras inte av den lilla mängden av den ursprungliga kristallen.
Forskarna sa att den nya förståelsen för ljusutsläpp kommer att ge nya möjligheter att designa och tillverka nya optoelektroniska enheter. Teknikerna som används för att förstå cesium-bly-halogenidföreningen kan också appliceras på andra optiska material för att lära sig mer om hur de avger ljus, Sa Bao.
