Perovskietmaterialen hebben veel aandacht getrokken vanwege hun potentiële toepassingen in fotovoltaïsche energie en opto-elektronica vanwege hun opmerkelijke opto-elektronische eigenschappen. Hoewel de meeste onderzoeken zich hebben gericht op driedimensionale (3D) perovskieten, zijn tweedimensionale (2D) perovskieten onlangs naar voren gekomen als een veelbelovend alternatief vanwege hun verbeterde stabiliteit en unieke eigenschappen.

Het begrijpen van de structurele dynamiek van 2D-perovskieten bij foto-excitatie is cruciaal voor het optimaliseren van hun prestaties in opto-elektronische apparaten. Het direct visualiseren van deze structurele veranderingen blijft echter een uitdaging.

In een recente studie gepubliceerd in Nature Communications hebben onderzoekers van EPFL's Laboratory of Ultrafast Spectrscopy en het Max Planck Institute for Solid State Research ultrasnelle elektronenmicroscopie gebruikt om de realtime structurele dynamiek van 2D perovskiet dunne films met resolutie op atomaire schaal vast te leggen.

"We waren in staat om de roostervervormingen en atomaire verplaatsingen die optreden binnen de 2D-perovskietstructuur bij foto-excitatie direct waar te nemen", legt dr. Antoine G'orgens uit, een postdoctoraal onderzoeker in het Laboratorium voor Ultrasnelle Spectroscopy. "Hierdoor konden we ongekende resultaten bereiken. inzichten in de fundamentele mechanismen die ten grondslag liggen aan de fotofysica van deze materialen."

Door de ultrasnelle elektronenmicroscopiegegevens te analyseren, onthulden de onderzoekers dat de foto-excitatie van 2D-perovskieten leidt tot een snelle roosteruitbreiding en een voorbijgaande vorming van een polaire fase. Deze structurele veranderingen moduleren de elektronische bandafstand en verbeteren de excitonbindingsenergie, wat sleutelfactoren zijn voor efficiënte lichtabsorptie en ladingsscheiding in fotovoltaïsche apparaten.

"Onze studie levert direct experimenteel bewijs voor het dynamische structurele gedrag van 2D-perovskieten bij foto-excitatie", zegt prof. Majed Chergui, directeur van het Laboratorium voor Ultrasnelle Spectroscopie. "Deze kennis is essentieel voor het verder optimaliseren van de prestaties van op 2D-perovskiet gebaseerde opto-elektronische apparaten en voor het verleggen van de grenzen van hun potentiële toepassingen."