Onderzoekers trokken drie jaar geleden de aandacht toen ze meldden dat een tweedimensionaal perovskiet - een materiaal met een specifieke kristalstructuur - bestaande uit cesium, lood en broom straalden een sterk groen licht uit. Kristallen die licht produceren op het groene spectrum zijn wenselijk omdat groen licht, hoewel waardevol op zichzelf, kunnen ook relatief eenvoudig worden omgezet in andere vormen die blauw of rood licht uitstralen, waardoor het vooral belangrijk is voor optische toepassingen, variërend van lichtemitterende apparaten tot gevoelige diagnostische hulpmiddelen.

Maar er was geen overeenstemming over hoe het kristal, CsPb ₂ Br ₅ , produceerde de groene fotoluminescentie. Er kwamen verschillende theorieën naar voren, zonder definitief antwoord.

Nutsvoorzieningen, echter, onderzoekers uit de Verenigde Staten, Mexico en China, geleid door een elektrotechnisch ingenieur van de Universiteit van Houston, hebben gerapporteerd in het journaal Geavanceerde materialen ze hebben geavanceerde optische en hogedruk diamant-aambeeldceltechnieken gebruikt om niet alleen het mechanisme voor de lichtemissie te bepalen, maar ook hoe het te repliceren.

Ze synthetiseerden aanvankelijk CsPb ₂ Br ₅ van een verwant materiaal dat bekend staat als CsPbBr ₃ en ontdekte dat de hoofdoorzaak van de lichtemissie een kleine overgroei is van nanokristallen samengesteld uit dat oorspronkelijke materiaal, groeien langs de rand van de CsPb ₂ Br ₅ Kristallen. Terwijl CsPbBr ₃ , het basiskristal, is driedimensionaal en lijkt groen onder ultraviolet licht, het nieuwe materiaal, CsPb ₂ Br ₅ , heeft een gelaagde structuur en is optisch inactief.

"Nu we het mechanisme voor het uitzenden van dit licht begrijpen, het kan worden gerepliceerd, " zei Jiming Bao, universitair hoofddocent elektrische en computertechniek aan de UH en corresponderende auteur op het papier. "Beide kristallen hebben dezelfde chemische samenstelling, net als diamant versus grafiet, maar ze hebben heel verschillende optische en elektronische eigenschappen. Mensen zullen de twee materialen kunnen integreren om betere apparaten te maken."

Mogelijke toepassingen variëren van zonnecellen tot LED-verlichting en andere elektronische apparaten.

Bao begon in 2016 aan het probleem te werken, een project waarbij uiteindelijk 19 onderzoekers van de UH en instellingen in China en Mexico betrokken waren. Destijds, er waren twee wetenschappelijke denkrichtingen over de lichtemissie van het cesiumkristal:dat het groen licht uitstraalde als gevolg van een defect, voornamelijk een gebrek aan broom, in plaats van het materiaal zelf, of dat er onbedoeld een variatie is ingevoerd, resulterend in de uitstoot.

Zijn groep begon met de synthese van een schoon monster door CsPbBr . te laten vallen ₃ poeder in water, wat resulteert in scherpere kristallen. De scherpere randen straalden een sterker groen licht uit, zei Bao.

De onderzoekers gebruikten vervolgens een optische microscoop om de individuele kristallen van de verbinding te bestuderen, waarvan Bao zei dat ze konden bepalen dat hoewel de verbinding transparant is, "Er gebeurde iets aan de rand, resulterend in de fotoluminescentie."

Ze vertrouwden op Raman-spectroscopie - een optische techniek die informatie gebruikt over hoe licht interageert met een materiaal om de roostereigenschappen van het materiaal te bepalen - om nanokristallen van het oorspronkelijke bronmateriaal te identificeren. CsPbBr ₃ , langs de randen van het kristal als de lichtbron.

Bao zei CsPbBr ₃ is te onstabiel om op zichzelf te gebruiken, maar de stabiliteit van de geconverteerde vorm wordt niet gehinderd door de kleine hoeveelheid van het oorspronkelijke kristal.

De onderzoekers zeiden dat het nieuwe begrip van de lichtemissie nieuwe kansen zal opleveren om nieuwe opto-elektronische apparaten te ontwerpen en te fabriceren. De technieken die worden gebruikt om de cesium-lood-halogenideverbinding te begrijpen, kunnen ook worden toegepast op andere optische materialen om meer te leren over hoe ze licht uitstralen, zei Bao.