En studie, publicerad i Nature Communications och ledd av Prof. Liu Xinfeng från National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS), rapporterade nyligen en förbättring av excitonrörlighet i en tvådimensionell (2D) Ruddlesden-Popper perovskite (RPP) .
Excitonrörlighet är en kritisk faktor som påverkar de optoelektroniska egenskaperna hos 2D RPP. Emellertid observeras rörligheten för 2D RPP vara en storleksordning lägre än den för motsvarande 3D perovskite. Olika faktorer som exciton-excitonförintelse, mellanskiktskoppling och defekter kan påverka excitontransportbeteendet i 2D RPP.
Trots betydande framsteg förblir den exakta korrelationen mellan excitontransport och gitteregenskaper, särskilt när det gäller interaktioner mellan exciton och gitter, svårfångad. Dessutom finns det ett akut behov av att justera exciton-fonon-interaktioner för att skräddarsy exciton-transportegenskaper för tillämpningar inom 2D perovskit-baserad optoelektronik.
Prof. Lius grupp vid NCNST, och samarbetspartnerna från South China Normal University och Peking University, uppnådde en förstärkt excitonrörlighet som närmade sig Mott-Ioffe-Regel Limit (MIR) i 2D RPP genom att förankra den mjuka butylammoniumkatjonen med en polymetylmetakrylat ( PMMA) nätverk vid ytan.
Forskarna övervakade direkt ultrasnabb excitonförökningsprocessen i (BA)2 (MA)n-1 Pbn I3n+1 R-P perovskites genom tidsupplöst fotoluminescensmikroskopi. De avslöjade att den fria excitonrörligheten i exfolierade tunna flingor kan förbättras från cirka 8 cm 2 V -1 s -1 till 280 cm 2 V -1 s -1 . Den senares rörlighet ligger nära den teoretiska gränsen för Mott-Ioffe-Regel-kriteriet.
Genom att kombinera optiska mätningar och teoretiska studier avslöjade forskarna att den ökade excitonrörligheten tillskrivs förankringen av yt-BA-molekyler av PMMA-nätverket, vilket avsevärt förbättrar gitterstyvheten och minskar störningen.
Som ett resultat minskar spridningshastigheten för deformationspotentialen med åtta gånger vid rumstemperatur, vilket leder till övergången av excitonutbredning från hoppningsregimen till den bandliknande transportregimen.
Dessa fynd ger värdefulla insikter om mekanismerna för excitontransport i 2D-perovskiter med ett mjukt gitter och belyser hur man ställer in excitontransportegenskaper genom gitterteknik.
Mer information: Yiyang Gong et al, Öka excitonrörlighet som närmar sig Mott-Ioffe-Regel-gränsen i Ruddlesden-Popper perovskites genom att förankra den organiska katjonen, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45740-y
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
