Sub-angstrøm ikke-invasiv billeddannelse af atomarrangement i 2D hybride perovskitter

Forskere fra National University of Singapore har demonstreret den ikke-invasive billeddannelse af både de organiske lag og det underliggende uorganiske gitter af todimensionelle (2D) hybridperovskitter på sub-angstrøm-niveau.

De seneste par år har været vidne til en stigning i forskningsinteresse verden over og hurtig vækst inden for 2D Ruddlesden-Popper-halogenidperovskiter (RPP'er). 2D RPP'er er en type perovskitkrystal med ny lys-stof-interaktion og væsentligt forbedret foto- og kemisk stabilitet. De har isolerende organiske lag klemt ind mellem ledende uorganiske bly-halogenide rammer.

Imidlertid gør den isolerende natur og blødhed af de organiske lag og den "begravede" uorganiske ramme bestemmelsen af ​​det rumlige atomarrangement og forståelsen af ​​relaterede effekter i 2D RPP'er til en udfordring. Mikroskopisk viden om atomarrangementerne i 2D RPP'er mangler stadig:At adressere dette aspekt er afgørende ikke kun for grundlæggende forståelse og kontrol af ladning, excitondynamik og andre kvantefænomener, men også for deres teknologiske anvendelser i fotovoltaiske og optoelektroniske enheder.

Et NUS forskerhold ledet af lektor Jiong Lu har i samarbejde med professor Kian Ping Lohs forskningsgruppe, begge fra Institut for Kemi ved National University of Singapore udviklet en metode til non-invasiv billeddannelse af både de øverste organiske lag og deres underliggende uorganisk gitter i 2D RPP på sub-angstrom skalaen.

Forskerne brugte en kombination af scanning tunneling mikroskopi (STM) og billeddannelsesteknikker (figur 1 A). STM-resultaterne gav en atomrekonstruktion af det uorganiske bly-halogenidgitter (figur 1B), mens den spidsfunktionaliserede ncAFM-billeddannelse muliggjorde en visualisering af de øverste organiske lag og dets arrangement med hensyn til det underliggende uorganiske gitter ved sub-angstrøm opløsning (Figur 1C). Rekonstruktionen af ​​de organiske lag på overfladen, præsenteret af et velordnet array indeholdende par af butylammoniumkationer, viste sig at være tæt forbundet med deformationen af ​​det uorganiske gitter gennem hydrogenbindingsinteraktioner. Dette arbejde blev udført i fællesskab med prof. Pavel Jelínek fra Institut for Fysik, Det Tjekkiske Videnskabsakademi.

Ved hjælp af Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM) teknikken udførte holdet også billeddannelse i atomare skala af den elektrostatiske potentialvariation på tværs af parrene af butylammoniumkationer. Interessant nok afslørede dette alternerende kvasi-endimensionelle (1D) elektron- og hulkanaler ved tilstødende grænser mellem domæner. Disse kunne potentielt give mulighed for langdistance-excitondiffusion for at forbedre ydeevnen af ​​perovskit-baserede fotovoltaiske og optoelektroniske enheder.

Prof Lu sagde:"Vores resultater bringer ikke kun banebrydende nanoskala indsigt i grundtilstandsstrukturen af ​​både organiske og uorganiske motiver i RPP'er, men kaster også nyt lys over mekanismen for den effektive adskillelse af fotoexciterede elektron-hul-par og excitontransport i dem. ." + Udforsk yderligere

Ikke-invasiv billeddannelse af atomarrangement på sub-angstrom skala i 2-D hybride perovskitter