Molekylært tynd hybrid perovskit til avancerede optoelektroniske applikationer

NUS-forskere har opdaget, at lysemissionsegenskaberne af molekylært tynd to-dimensionel (2-D) hybrid perovskit kan indstilles på en meget reversibel måde til ultratynde optoelektroniske applikationer. En højeffektiv fotodetektor er blevet fremstillet ved hjælp af hybridperovskitter med tykkelsen af ​​en enkelt kvantebrønd.

Lagdelte perovskitter er opløsningsbearbejdelige, lavprismaterialer, der kan bruges som fotodetektorer eller lysgivere. Perovskitkrystallens overlegne evne til at detektere og udsende lys med høj effektivitet forventes at finde praktiske anvendelser inden for forskellige områder. Hver basisenhed af en 2-D hybrid perovskit er konstrueret ved hjælp af et halvledende lag af uorganisk materiale, der er klemt mellem to organiske isolerende lag. Mens forskere har undersøgt lagdelt perovskitter i deres bulkform i de sidste tredive år, egenskaberne af disse krystaller, når deres tykkelse er tyndet ned til nogle få og enkelte lag er stort set ikke blevet undersøgt.

Et forskerhold ledet af prof. Loh Kian Ping, fra Institut for Kemi, NUS har opdaget, at et molekylært tyndt lag af perovskit kan spændes på en meget reversibel måde uden at indføre permanente defekter på materialet, som kan påvirke dets lysemissionsegenskaber. Også, emissionsegenskaberne for perovskitten kan indstilles reversibelt under gentagne belastninger. Det opnåede forskerne ved at indkapsle overfladen af ​​perovskitten med et tyndt lag optisk gennemsigtigt sekskantet bornitrid. Dette barrierelag fanger de organiske molekyler på overfladen af ​​perovskitlaget, forhindrer dem i at flygte ud i luften selv under kraftig laserbestråling.

Ved hjælp af en temperaturstyret krystallisationsmetode, forskerne syntetiserede centimeterstore perovskit-enkeltkrystaller af Ruddlesden-Popper-fasen (en form for lagdelt perovskitstruktur). Disse specielt fremstillede krystaller er meget større end de sædvanlige mikron-størrelser og gjorde det muligt for holdet at pille tynde lag af dem ved hjælp af "scotch tape"-metoden (lignende metode, der bruges til at opnå grafen fra grafit). Disse ultratynde krystaller blev derefter brugt til eksperimenterne.

Prof Loh sagde, "I modsætning til bulkperovskitter, hvor de organiske kæder i tilstødende lag er interdigiterede og tætpakket, laget af organisk kæde på ultratynde perovskitter kan "slappe af" lettere under laser eller termisk aktivering. Denne "afslapning" proces ændrer deres lysemissionsegenskaber. Vi fandt ud af, at lysemissionen kan vende tilbage til sin oprindelige tilstand ved at begrænse ("afslappe") overfladen af ​​det ultratynde perovskitlag."

"Vi har også undersøgt atomstrukturen af ​​disse perovskitter ved hjælp af QPlus atomkraftmikroskopet. Afhængigt af den tilførte termiske energi, de organiske lag på overfladen kan samle og ændre krystallens optoelektroniske egenskaber på en reversibel måde. Dette kunne potentiale bruges til at udvikle strain-tuneable optoelektroniske enheder, " tilføjede Prof Loh.