Micrografias de fluorescência durante a compressão e a intensidade PL e contribuição da emissão dos estados aprisionados em função da pressão. Crédito:Centro de Pesquisa Avançada de Ciência e Tecnologia de Alta Pressão
As perovskitas halogenadas orgânicas-inorgânicas bidimensionais (2-D) são materiais emergentes para aplicações fotovoltaicas e optoeletrônicas devido às suas propriedades físicas únicas e um alto grau de sintonia. Apesar dos avanços impressionantes, desafios permanecem, incluindo desempenho insatisfatório e uma compreensão vaga de suas relações estrutura-propriedade. Enfrentar esses desafios requer sistemas de materiais mais adequados e métodos avançados de caracterização in situ.
Uma equipe internacional liderada pelo Dr. Xujie Lü e Dr. Wenge Yang do Centro de Pesquisa Avançada de Ciência e Tecnologia de Alta Pressão (HPSTAR) e o Prof. Song Jin da Universidade de Wisconsin-Madison descobriram que a compressão da rede sob uma pressão moderada suprime consideravelmente a captura de portador de uma perovskita 2-D (HA) 2 (GA) Pb 2 eu 7 , levando a emissões significativamente aumentadas. Curiosamente, uma nova fase obtida após o tratamento por pressão possui uma maior simetria cristalográfica, menos estados de armadilha, e intensidade de PL aumentada. As descobertas foram publicadas recentemente na Angew. Chem. Int. Ed.
A compressão reticulada por meio da pressão hidrostática é uma maneira eficaz de ajustar as propriedades estruturais e ópticas das perovskitas halogenadas bidimensionais (2-D) - uma nova classe de materiais emergentes para aplicações fotovoltaicas e emissoras de luz. Contudo, alguns exemplos exibem melhor desempenho de fotoluminescência (PL) de perovskitas 2-D após compressão, e a relação estrutura-propriedade permanece obscura.
Nesse trabalho, a equipe usou pressão para modular uma perovskita 2-D (HA) desenvolvida recentemente 2 (GA) Pb 2 eu 7 , cuja estrutura apresenta uma enorme jaula anteriormente inatingível. Isso oferece uma rara oportunidade de compreender a relação estrutura-propriedade e explorar fenômenos emergentes. Impressionantemente, um notável aumento de PL de 12 vezes foi alcançado sob uma pressão moderada de 1,6 GPa. O mecanismo subjacente foi sistematicamente investigado por estruturas in situ, espectroscópico, e análises teóricas. A contração da rede leva ao endurecimento do fônon que reduz consideravelmente a interação exciton-fônon e, portanto, aumenta a barreira potencial para armadilhagem de portadores. Portanto, os portadores fotogerados mal podem formar os estados presos, e a via de recombinação não radioativa é bloqueada principalmente, resultando em uma emissão aumentada dos excitons livres.
Interessantemente, pela primeira vez, eles revelaram um processo irreversível e anômalo durante a descompressão, obtendo um amarelo, não luminescente, fase amorfa de (HA) 2 (GA) Pb 2 eu 7 com um bandgap maior. A emissão pode ser disparada e dramaticamente aumentada sob irradiação de laser quando a pressão foi liberada para 1,5 GPa, acompanhada por uma mudança de cor de amarelo para laranja. Com base nesta observação, eles usaram o feixe de laser para desenhar um padrão 'HP' na superfície da amostra amarela na câmara DAC. Quando a pressão foi totalmente liberada, a fase amorfa amarela pode se transformar espontaneamente em uma nova fase laranja com PL aumentado em mais de 100% em comparação com a amostra original. Uma posterior caracterização estrutural e análise de espectros revelam que a nova fase possui uma maior simetria cristalográfica e menor aprisionamento de portadores.
Ao usar pressão para projetar a perovskita halogeneto 2-D altamente distorcida, este trabalho fornece novos insights sobre as relações estrutura-propriedade de perovskitas e também permite a descoberta de novos materiais de alto desempenho por meio de transições de fase induzidas por pressão.
