Caracterização de CsPbI3 QDs. a Uma imagem representativa de microscopia eletrônica de transmissão (TEM). b Espectro de absorção em estado estacionário, com o pico de éxciton na borda da banda em ~1,98 eV. c Espectros de absorção transiente (TA) de banda larga em tempos de atraso variados, bombeados a 2,64 eV (470 nm), exibindo absorção fotoinduzida insignificante na região do infravermelho próximo. Inset é um esquema que mostra a natureza proibida da transição intra-CB dos estados de separação da órbita de spin na borda da banda para estados de elétrons leves e pesados de alta energia. Crédito:Comunicação da Natureza (2022). DOI:10.1038/s41467-022-33314-9
Um grupo de pesquisa liderado pelo Prof. Wu Kaifeng e Zhu Jingyi do Dalian Institute of Chemical Physics da Academia Chinesa de Ciências relatou recentemente a observação de uma mudança excitônica de Bloch-Siegert em CsPbI
3 pontos quânticos de perovskita (QDs), que avança a compreensão fundamental atual para interação coerente luz-matéria em materiais de estado sólido de baixa dimensão.
O estudo foi publicado em
Nature Communications em 22 de setembro.
A interação coerente entre um sistema de dois níveis e um campo de luz periódico contém partes de onda co e contra-rotação, que correspondem ao chamado efeito óptico Stark e deslocamento Bloch-Siegert, respectivamente. Observar o último sempre foi um desafio, não apenas porque é fraco, mas muitas vezes é acompanhado por uma mudança Stark muito mais forte.
Neste estudo, os pesquisadores relataram uma forte mudança excitônica de Bloch-Siegert em CsPbI
3 QDs de perovskita à temperatura ambiente. A estrutura da banda e o acoplamento spin-órbita deste material levaram a regras de transição de quasi-partículas seletivas de spin, análogas à seletividade de vale em dicalcogenetos de metais de transição (TMDs), oferecendo assim um novo playground para testar efeitos excitônicos no efeito Stark óptico e deslocamento Bloch-Siegert.
É importante ressaltar que, diferentemente das DTMs cuja interação excitônica dependia sensivelmente de seus substratos subjacentes, potencialmente responsáveis pela disparidade nos estudos de DTMs mencionados acima, a interação excitônica nesses QDs coloidais foi deterministicamente forte, pois estavam uniformemente cercadas por baixo índice de refração ligantes orgânicos e solventes.
Os pesquisadores descobriram que, controlando a helicidade da luz, eles poderiam restringir amplamente o efeito Stark óptico e o deslocamento de Bloch-Siegert a diferentes transições de rotação, especialmente quando a luz da bomba era ajustada do visível para o infravermelho, alcançando um deslocamento de Bloch-Siegert tão forte quanto quatro meV.
A razão entre os deslocamentos de Bloch-Siegert e Stark óptico foi sistematicamente maior do que o previsto pela imagem de quase-partícula em 12 comprimentos de onda diferentes da bomba. Ao contabilizar os estados Floquet co e contra-rotativos dos estados fundamental, exciton e biexciton, eles reproduziram quantitativamente as observações experimentais com uma energia de ligação biexciton de 65 meV.
"Nosso novo modelo mostra uma imagem física unificada da interação entre o efeito Stark óptico, o efeito Stark óptico biexcitônico e o deslocamento Bloch-Siegert em materiais de baixa dimensão exibindo fortes interações de muitos corpos", disse o Prof. Wu.
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