Forskere bestemmer forholdet båndgap energi af enkelt cæsium blybromid nanokrystaller

Forskere fra University of Amsterdam (UvA), i samarbejde med japanske partnere, har bestemt forholdet mellem bandgap -energien for enkelt cæsium blybromid nanokrystaller (CsPbBr ₃ NC'er) og deres størrelse og form. Ved at studere individuelle NC'er enten isoleret eller omgivet af 'naboer', de visualiserede eksplicit for første gang båndstrukturmodifikation indført ved effektiv kobling mellem halvleder -NC'er ved tæt kontakt.

Nanokrystaller og perovskitter

NC'er er ekstremt små, omkring tusinde gange mindre end bredden af ​​et menneskehår. På grund af deres lille størrelse, krystallernes energistruktur er dramatisk forskellig fra massematerialets. Faktisk, båndgap -energien afhænger af NC -størrelsen.

Udtrykket 'perovskitter' refererer til klassen af ​​materialer med en krystalstruktur i formen ABX3, og er opkaldt efter den russiske mineralog Lev Perovski. For nylig, perovskitter tiltrækker stor opmærksomhed på grund af deres potentiale for højeffektive og billige solceller. I CsPbBr3 NC'er, fordelene ved perovskitter og NC'er kombineres, og de er derfor et lovende materiale til forskellige optoelektroniske applikationer.

Det eksperimentelle setup

Den topmoderne teknik, forskerne anvendte, kaldes low-loss elektronenergitabspektroskopi (EELS) og stammer fra lavenergi-excitationer, dvs. valenselektroner. Det er derfor en analogi til absorptionsspektroskopi. Brug af EELS sammen med et scanning electron transmission (STEM) mikroskop med ultrahøj specialopløsning, tillader forskerne at måle NC -dimensioner og placering med enestående høj præcision, parallelt. På den måde, energiabsorberingen kortlægges direkte på individuelle NC'er, der enten er indlejret i et ensemble (de har naboer) eller er fuldstændigt isolerede. På den måde, en intim relation mellem NC -størrelsen, form og energibåndgap er etableret.

Interaktion og kobling mellem proksimale nanokrystaller

Ved at bestemme energibåndgabet for mange individuelle nanokrystaller som en funktion af deres størrelse, forskerne har fundet ud af, at små isolerede NC'er ser ud til at have en højere båndgapenergi sammenlignet med et NC af samme størrelse omgivet af naboer. Og omvendt, en stor NC har lavere båndgap energi, hvis den isoleres end når den er indlejret i et ensemble. Deres resultat viser, at to tilstødende NC'er ikke bare 'smelter sammen' ved interaktion og udgør som en større krystal, men snarere 'gennemsnitlige' deres bandgaps. Dette giver direkte bevis på en effektiv kobling mellem NC'er, hvor deres energibåndgap og derfor energistruktur, er påvirket af naboerne. Disse unikke indsigter i tilstødende adfærd hos tilstødende NC'er baner vejen mod målrettet design af store kvantestrukturer og kvantepunkt-faste stoffer, bestående af NC'er med selektive egenskaber, der fungerer som byggesten.