Революційне відкриття пов’язує ефект малих поляронів з підвищенням тривалості спінів у 2D перовскітах на основі свинцевого галогеніду

Вражаюче виявлення: малий полярон ефект збільшує тривалість спіну в 2D перовскітах на основі свинцевих галогенідів

Дводимірні перовскіти на основі свинцевих галогенідів зарекомендували себе як надзвичайно перспективні матеріали для оптоелектронних застосувань завдяки своїй чудовій здатності до переносу носіїв та стійкості до дефектів. Проте, повне розуміння динаміки носіїв заряду в цих матеріалах все ще залишається важким завданням, головним чином через їхню м’яку полярну ґратку та виразні електрон-фононні взаємодії. Хоча широкі дослідження вже характеризували поведінку зарядів у об’ємних тривимірних перовскітах, унікальна динаміка носіїв їхніх дводимірних аналогів ще не була повністю розкрита.

Нещодавнє дослідження застосувало передові методи транзієнтної спектроскопії у поєднанні з теоретичним моделюванням, щоб виявити наявність малих поляронів у перовскітах фазі Dion-Jacobson, зокрема в з’єднанні (4AMP)PbI4. Дослідники визначили, що сильне зчеплення заряду та ґратки індукує значний потенціал деформації в 123 еВ — приблизно в 30 разів більше, ніж ті, які зазвичай спостерігаються в традиційних 2D і 3D перовскітах. Це надзвичайна взаємодія значно впливає на динаміку носіїв у матеріалі.

Використовуючи оптичну Керрову спектроскопію, наукова команда виявила розширені часи поляризаційної реакції при кімнатній температурі, що перевищують 600 пс. Дослідження пояснює цю тривалу реакцію утворенням малих поляронів, які розтягуються приблизно на дві елементарні комірки внаслідок наявних в матеріалі деформацій ґратки. Додаткові дослідження, що включають температурно-залежні фононні вивчення, аналізи релаксації спіна та рентгенівську дифракцію, ще більше підтвердили наявність цих малих поляронів. Ці висновки підкреслюють їхню роль у модифікації обмінних взаємодій кулонівних екситонів, що призводить до збільшення тривалості спіну до десятикратної величини.

Це відкриття є значним кроком у напрямку майбутнього конструювання оптоелектронних пристроїв. Уточнюючи вплив формування малих поляронів на динаміку спінів, дослідники можуть вдосконалити 2D перовскіти для досягнення кращої мобільності носіїв, подовжених тривалостей спіну та підвищеної енергоефективності. Такі поліпшення можуть прискорити розвиток нових поколінь сонячних елементів, фотодетекторів і спінтронних пристроїв. Дослідження також відкриває шлях для налаштування взаємодій заряд-ґратка через контрольовану настройку потенціалу деформації, що може оптимізувати ефективність пристроїв на основі перовскітів. Майбутні дослідження можуть зосередитися на детальному налаштуванні поляронних ефектів задля подальшого використання їхніх переваг у комерційних застосуваннях.