Por meio de uma estreita colaboração entre experimentalistas da Universidade da Califórnia em Berkeley e teóricos do grupo T-1 da Divisão Teórica de Los Alamos, o Centro de Estudos Não Lineares (CNLS), e Centro de Nanotecnologia Integrada (CINT), pesquisadores realizaram simulações de absorção transiente de femtossegundo e teoria do funcional de densidade para sondar a dinâmica do estado excitado da perovskita híbrida MAPbI ₃ e encontraram evidências de dinâmica de vibração esquelética coerente que leva à formação de um estado polaron que sublinha a separação de carga. Os modos de pacote de onda de baixa frequência são observados principalmente para as vibrações de flexão e alongamento Pb-I resultantes da geometria diferente do estado polaron em comparação com o estado neutro. A alta eficiência do MAPbI ₃ As células solares de perovskita podem ser mais um exemplo da importância da coerência vibracional na dinâmica fotoquímica eficiente.

A elucidação do acoplamento elétron-fônon em perovskitas híbridas orgânico-inorgânicas ajudará a compreender a alta eficiência fotovoltaica. A equipe observou modos Raman de baixa frequência e deslocamentos nucleares relacionados da estrutura Pb-I, indicando como esses movimentos vibracionais levam à formação de polaron como portadores de carga em perovskitas híbridas.

As perovskitas híbridas orgânico-inorgânicas são materiais com propriedades optoeletrônicas atraentes, incluindo desempenho excepcional da célula solar. Suas propriedades melhoradas foram atribuídas a efeitos polarônicos envolvendo a estabilização do caráter de carga localizada por deformações estruturais e polarizações. Aqui em, examinamos a dinâmica estrutural do Pb-I levando à formação de polaron em perovskita de iodeto de chumbo de metilamônio por absorção transitória, espectroscopia Raman no domínio do tempo, e teoria do funcional da densidade. Iodeto de chumbo metilamônio MAPbI ₃ perovskita exibe pacotes de ondas nucleares coerentes de estado excitado oscilando em ~ 20, ~ 43, e ~ 75 cm ^-1 que envolvem flexão do esqueleto, flexão no plano, e alongamento do eixo c das ligações I-Pb-I, respectivamente. As amplitudes desses movimentos do pacote de ondas relatam a magnitude das mudanças estruturais do estado excitado, em particular, a formação de um PbI octaédrico dobrado e alongado ₆ ^4- geometria. Além disso, determinamos a geometria do estado excitado teórico e mudanças estruturais entre os estados neutro e polaron usando um método de projeção de modo normal, que apóia e racionaliza os resultados experimentais. Assim, este estudo revela a formação de polaron via dinâmica nuclear em perovskita que pode ser importante para a separação e coleta de carga eficiente.