Forskere forklarer synligt lys fra 2-D blyhalogenidperovskitter

Forskere vakte opmærksomhed for tre år siden, da de rapporterede, at en todimensionel perovskit-et materiale med en specifik krystalstruktur-sammensat af cæsium, bly og brom udsendte et stærkt grønt lys. Krystaller, der producerer lys på det grønne spektrum, er ønskelige, fordi grønt lys, men værdifuld i sig selv, kan også relativt let konverteres til andre former, der udsender blåt eller rødt lys, gør det særligt vigtigt for optiske applikationer lige fra lysemitterende enheder til følsomme diagnostiske værktøjer.

Men der var ingen enighed om, hvordan krystallen, CsPb ₂ Br ₅ , produceret den grønne fotoluminescens. Flere teorier dukkede op, uden et entydigt svar.

Nu, imidlertid, forskere fra USA, Mexico og Kina, ledet af en elektroingeniør fra University of Houston, har rapporteret i journalen Avancerede materialer de har brugt sofistikerede optiske og højtryks diamantamboltcelleteknikker til at bestemme ikke kun mekanismen for lysemissionen, men også hvordan den skal replikeres.

De syntetiserede oprindeligt CsPb ₂ Br ₅ fra et beslægtet materiale kendt som CsPbBr ₃ og fandt ud af, at hovedårsagen til lysemissionen er en lille tilvækst af nanokrystaller sammensat af det originale materiale, vokser langs kanten af ​​CsPb ₂ Br ₅ krystaller. Mens CsPbBr ₃ , basiskrystallet, er tredimensionel og fremstår grøn under ultraviolet lys, det nye materiale, CsPb ₂ Br ₅ , har en lagdelt struktur og er optisk inaktiv.

"Nu hvor mekanismen til udsendelse af dette lys er forstået, det kan replikeres, "sagde Jiming Bao, lektor i el- og computerteknik ved UH og tilsvarende forfatter på papiret. "Begge krystaller har den samme kemiske sammensætning, meget gerne diamant kontra grafit, men de har meget forskellige optiske og elektroniske egenskaber. Folk vil være i stand til at integrere de to materialer for at lave bedre enheder. "

Potentielle applikationer spænder fra solceller til LED -belysning og andre elektroniske enheder.

Bao begyndte at arbejde på problemet i 2016, et projekt, der i sidste ende involverede 19 forskere fra UH og institutioner i Kina og Mexico. På det tidspunkt, der var to videnskabelige skoler om lysemission fra cæsiumkrystal:at det udsendte grønt lys på grund af en defekt, hovedsagelig mangel på brom, frem for selve materialet, eller at en ændring utilsigtet var blevet indført, resulterer i emission.

Hans gruppe startede med syntesen af ​​en ren prøve ved at droppe CsPbBr ₃ pulver i vand, hvilket resulterer i skarpere kantede krystaller. De skarpere kanter udsendte et stærkere grønt lys, Sagde Bao.

Forskerne brugte derefter et optisk mikroskop til at studere de enkelte krystaller i forbindelsen, som Bao sagde tillod dem at bestemme, at selvom forbindelsen er gennemsigtig, "der foregik noget ved kanten, hvilket resulterer i fotoluminescensen. "

De stolede på Raman -spektroskopi - en optisk teknik, der bruger oplysninger om, hvordan lys interagerer med et materiale til at bestemme materialets gitteregenskaber - til at identificere nanokrystaller af det originale kildemateriale, CsPbBr ₃ , langs kanterne af krystallen som lyskilden.

Bao sagde CsPbBr ₃ er for ustabil til at bruge alene men stabiliteten af ​​den konverterede form hæmmes ikke af den lille mængde af den originale krystal.

Forskerne sagde, at den nye forståelse af lysemissionen vil give nye muligheder for at designe og fremstille nye optoelektroniske enheder. De teknikker, der bruges til at forstå cæsium-bly-halogenidforbindelsen, kan også anvendes på andre optiske materialer for at lære mere om, hvordan de udsender lys, Sagde Bao.