Een weinig bestudeerd lid van de perovskietfamilie van materialen zou kunnen worden gebruikt in een reeks elektronische apparaten, nadat onderzoekers van KAUST het geheim van zijn sterke fotoluminescentie ontdekten.

Perovskieten zijn een brede groep materialen waarvan bekend is dat ze opmerkelijke optische en elektronische eigenschappen hebben. Perovskieten met de algemene formule ABX3, en in het bijzonder het perovskiet-methylammonium-loodtrihalogenide, hebben bijna alle onderzoeksaandacht getrokken dankzij hun grote belofte als goedkope, hoogrenderende materialen voor zonnecellen.

Andere leden van de perovskietfamilie en perovskietderivaten zijn ook waardige onderzoeksonderwerpen, zegt Michele De Bastiani, een postdoctoraal onderzoeker in de groep van Osman Bakr aan KAUST.

De Bastiani en zijn collega's hebben Cs4PbBr6 getest, een perovskiet van de A4BX6-tak van de familie. Dit materiaal staat bekend om zijn sterke fotoluminescentie - het vermogen om licht op de ene golflengte te absorberen en het op een andere golflengte opnieuw uit te zenden.

Mogelijke toepassingen van het materiaal zijn onder meer kleurconverterende coatings op LED-lampen, lasers en fotodetectoren. Maar om de opto-elektrische eigenschappen van het materiaal voor elke toepassing te kunnen verfijnen, onderzoekers moeten het mysterie oplossen waarom de perovskiet-fotoluminesceert zo sterk.

"We hebben de structurele en opto-elektronische eigenschappen van Cs4PbBr6 onderzocht om de oorsprong van zijn fotoluminescentie te begrijpen, " zegt De Bastiani. Het materiaal onderwerpen aan een spervuur ​​​​van tests, ontdekte het team dat wanneer een Cs4PbBr6-kristal werd verwarmd tot 180 ° C, de fotoluminescentie werd onomkeerbaar vernietigd.

Fotoluminescentie is een proces in twee stappen; absorptie van licht genereert een paar quasi-deeltjes genaamd excitonen in de perovskiet, die moeten recombineren om het licht opnieuw uit te zenden. Met behulp van temperatuurafhankelijke röntgendiffractie om structurele veranderingen in het materiaal te volgen terwijl warmte werd toegepast, ontdekte het team dat bij 180°C, CsPbBr3-nanokristallen vormen zich in het mineraal.

De door warmte veroorzaakte structurele herschikkingen die deze nanokristallen creëren, slikken ook natuurlijke defecten in het oorspronkelijke kristal op waar broomatomen ontbraken, concludeerden de onderzoekers. Deze broomvacatures fungeren als vallen voor passerende exictonen. Opgesloten in deze vallen, de excitonen hebben veel meer kans om te recombineren en licht uit te zenden.

"Nu we dit fundamentele begrip hebben, onze volgende stap is om over te gaan naar mogelijke toepassingen, De Bastiani zegt. "De unieke fotoluminescentie die wordt gemanifesteerd door Cs4PbBr6 maakt deze perovskieten aantrekkelijke materialen voor elektroluminescentie-apparaten, lasers en lichtconverters."

In de tussentijd, vele andere weinig onderzochte leden van de perovskiet-familie met interessante eigenschappen wachten om onthuld te worden, De Bastiani voegt eraan toe. "Een voorbeeld is CsPb2Br5, een enkel kristal dat we onlangs voor het eerst hebben gesynthetiseerd met onzichtbare opto-elektronische eigenschappen."