Eksperimenter visualiserer, hvordan 2D-perovskitstrukturer ændrer sig, når de ophidser

Perovskitmaterialer har tiltrukket sig betydelig opmærksomhed for deres potentielle anvendelser inden for fotovoltaik og optoelektronik på grund af deres bemærkelsesværdige optoelektroniske egenskaber. Mens de fleste undersøgelser har fokuseret på tredimensionelle (3D) perovskiter, er todimensionelle (2D) perovskiter for nylig dukket op som et lovende alternativ på grund af deres forbedrede stabilitet og unikke egenskaber.

Forståelse af den strukturelle dynamik af 2D perovskiter ved fotoexcitation er afgørende for at optimere deres ydeevne i optoelektroniske enheder. Direkte visualisering af disse strukturelle ændringer har imidlertid været udfordrende.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Nature Communications brugte forskere fra EPFL's Laboratory of Ultrafast Spectroscopy og Max Planck Institute for Solid State Research ultrahurtig elektronmikroskopi til at fange real-time strukturelle dynamikker af 2D perovskit tynde film med opløsning i atomskala.

"Vi var i stand til direkte at observere de gitterforvrængninger og atomforskydninger, der forekommer i 2D-perovskitstrukturen ved fotoexcitation," forklarer Dr. Antoine G\"orgens, en postdoc-forsker i Laboratory of Ultrafast Spectroscopy. "Dette gav os mulighed for at opnå hidtil uset indsigt i de grundlæggende mekanismer, der ligger til grund for disse materialers fotofysik."

Ved at analysere de ultrahurtige elektronmikroskopidata afslørede forskerne, at fotoexcitationen af ​​2D perovskitter fører til en hurtig gitterudvidelse og en forbigående dannelse af en polær fase. Disse strukturelle ændringer modulerer det elektroniske båndgab og forbedrer exciton-bindingsenergien, som er nøglefaktorer for effektiv lysabsorption og ladningsadskillelse i fotovoltaiske enheder.

"Vores undersøgelse giver direkte eksperimentel dokumentation for den dynamiske strukturelle adfærd af 2D perovskites ved fotoexcitation," siger professor Majed Chergui, direktøren for Laboratoriet for Ultrahurtig Spektroskopi. "Denne viden er afgørende for yderligere at optimere ydeevnen af ​​2D perovskite-baserede optoelektroniske enheder og for at skubbe grænserne for deres potentielle applikationer."