Een onderzoek, gepubliceerd in Nature Communications en onder leiding van prof. Liu Xinfeng van het National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) van de Chinese Academie van Wetenschappen (CAS), rapporteerde onlangs een verbetering van de excitonmobiliteit in een tweedimensionale (2D) Ruddlesden-Popper perovskiet (RPP) .

Excitonmobiliteit is een kritische factor die de opto-elektronische eigenschappen van 2D RPP beïnvloedt. Er wordt echter waargenomen dat de mobiliteit van 2D RPP een orde van grootte lager is dan die van de overeenkomstige 3D-perovskiet. Verschillende factoren zoals exciton-exciton-vernietiging, tussenlaagkoppeling en defecten kunnen het exciton-transportgedrag in 2D RPP beïnvloeden.

Ondanks substantiële vooruitgang blijft de precieze correlatie tussen excitontransport en roostereigenschappen, vooral wat betreft exciton-roosterinteracties, ongrijpbaar. Bovendien is er een dringende behoefte om de exciton-fonon-interacties aan te passen om de exciton-transportkarakteristieken aan te passen voor toepassingen in 2D-perovskiet-gebaseerde opto-elektronica.

De groep van prof. Liu bij NCNST, en de medewerkers van South China Normal University en Peking University, bereikten een verhoogde excitonmobiliteit die de Mott-Ioffe-Regel Limit (MIR) in 2D RPP benaderde door het zachte butylammoniumkation te verankeren met een polymethylmethacrylaat ( PMMA) netwerk aan de oppervlakte.

De onderzoekers volgden het ultrasnelle excitonvoortplantingsproces rechtstreeks in (BA)₂ (MA)_n-1 Pb_n Ik_3n+1 R-P perovskieten door tijdsopgeloste fotoluminescentiemicroscopie. Ze onthulden dat de vrije excitonmobiliteit in geëxfolieerde dunne vlokken kan worden verbeterd vanaf ongeveer 8 cm ² V ^-1 s ^-1 tot 280 cm ² V ^-1 s ^-1 . De mobiliteit van laatstgenoemde ligt dicht bij de theoretische limiet van het Mott-Ioffe-Regel-criterium.

Door optische metingen en theoretische studies te combineren, onthulden de onderzoekers dat de verbeterde excitonmobiliteit wordt toegeschreven aan de verankering van BA-moleculen aan het oppervlak door het PMMA-netwerk, wat de roosterstijfheid aanzienlijk verbetert en de stoornis vermindert.

Als gevolg hiervan neemt de vervormingspotentieel van de verstrooiing acht keer af bij kamertemperatuur, wat leidt tot de overgang van excitonvoortplanting van het springregime naar het bandachtige transportregime.

Deze bevindingen bieden waardevolle inzichten in de mechanismen van excitontransport in 2D-perovskieten met een zacht rooster en werpen licht op hoe de eigenschappen van excitontransport kunnen worden afgestemd door middel van roostertechniek.

Meer informatie: Yiyang Gong et al., Het stimuleren van de excitonmobiliteit die de Mott-Ioffe-Regel-limiet nadert in Ruddlesden-Popper perovskieten door het organische kation te verankeren, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45740-y

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen