Karakterisering av CsPbI3 QDs. a En representativ bild för transmissionselektronmikroskopi (TEM). b Steady-state absorptionsspektrum, med bandkantens exciton-topp vid ~1,98 eV. c Bredbandstransientabsorptionsspektra (TA) vid varierande fördröjningstider, pumpade vid 2,64 eV (470 nm), uppvisar försumbar fotoinducerad absorption i det nära infraröda området. Insättning är ett schema som visar den förbjudna naturen hos övergången inom CB från bandkantsspinn-omloppssplittringstillstånd till högre energitillstånd för lätta och tunga elektroner. Kredit:Nature Communications (2022). DOI:10.1038/s41467-022-33314-9
En forskargrupp ledd av professor Wu Kaifeng och Zhu Jingyi från Dalian Institute of Chemical Physics vid den kinesiska vetenskapsakademin rapporterade nyligen observationen av ett excitoniskt Bloch-Siegert-skifte i CsPbI3 perovskite quantum dots (QDs), som främjar nuvarande grundläggande förståelse för koherent ljus-materia-interaktion i lågdimensionella solid-state material.
Studien publicerades i Nature Communications den 22 september.
Koherent växelverkan mellan ett tvånivåsystem och ett periodiskt ljusfält innehåller både sam- och motroterande vågdelar, vilket motsvarar den så kallade optiska Stark-effekten respektive Bloch-Siegert-skiftet. Att observera det senare har alltid varit utmanande, inte bara för att det är svagt utan det åtföljs ofta av ett mycket starkare Stark-skifte.
I denna studie rapporterade forskarna ett starkt excitoniskt Bloch-Siegert-skifte i CsPbI3 perovskit QDs vid rumstemperatur. Bandstrukturen och spinn-omloppskopplingen av detta material ledde till spin-selektiva kvasipartikelövergångsregler, analogt med dalselektiviteten i övergångsmetalldikalkogenider (TMD), vilket erbjuder en ny lekplats för att testa excitoniska effekter på den optiska Stark-effekten och Bloch-Siegert skift.
Till skillnad från TMD vars excitoniska interaktion var känsligt beroende av deras underliggande substrat, potentiellt ansvariga för skillnaden i de ovan nämnda studierna av TMD, var den excitoniska interaktionen i dessa kolloidala QDs deterministiskt stark, eftersom de var enhetligt omgivna av lågt brytningsindex organiska ligander och lösningsmedel.
Forskarna fann att genom att kontrollera ljusets helicitet kunde de till stor del begränsa den optiska Stark-effekten och Bloch-Siegert-växlingen till olika spin-övergångar, särskilt när pumpljuset ställdes in från synligt till infrarött, vilket uppnådde en Bloch-Siegert-växling lika stark som fyra meV.
Förhållandet mellan Bloch-Siegert- och optiska Stark-skiften visade sig vara systematiskt högre än det som förutspåddes av kvasipartikelbilden vid 12 olika pumpvåglängder. Genom att redogöra för de sam- och motroterande Floquet-tillstånden av mark-, exciton- och biexcitontillstånd, reproducerade de de experimentella observationerna kvantitativt med en biexciton-bindningsenergi på 65 meV.
"Vår nya modell skildrar en enhetlig fysisk bild av samspelet mellan den optiska Stark-effekten, den biexcitoniska optiska Stark-effekten och Bloch-Siegert-förskjutningen i lågdimensionella material som visar starka växelverkan mellan många kroppar", säger Prof. Wu. + Utforska vidare
