变色龙材料-低维钙钛矿颜色变化的起源

时间:2020-05-12 18:27 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

变色龙材料-低维钙钛矿颜色变化的起源

一些由钙钛矿(一种光电子材料)制成的发光二极管(led)可以发出波长范围很广的光。格罗宁根大学的科学家们现在发现,在某些情况下,对这种现象的解释是不正确的。他们的新解释应该有助于科学家设计出能够发射大范围光的钙钛矿发光二极管。这项研究发表在5月11日的《自然通讯》杂志上。

低维(2-D或1-D)钙钛矿发光的光谱范围很窄,因此被用来制造颜色纯度更高的发光二极管。然而,在某些情况下,研究人员注意到在能量水平低于窄谱的情况下,发射谱很宽。这已经引起了极大的兴趣,因为它可以用来生产白光led更容易比目前的工艺。然而,为了特定目的设计钙钛矿,有必要了解为什么一些钙钛矿产生广谱排放,而另一些却排放窄谱排放。

量子约束

钙钛矿是一种用途广泛的材料,具有独特的晶体结构,称为钙钛矿结构。在一个理想的立方单元细胞中,阴离子围绕一个中心阳离子形成一个八面体,而立方体的角被其他更大的阳离子占据。不同的离子可以用来产生不同的钙钛矿。

在杂化钙钛矿中,阳离子是不同大小的有机分子。当尺寸超过一定尺寸时,结构就变成二维或分层的。由此产生的量子限制对材料的物理性质,尤其是光学性质有很大的影响。

排放

“在文献中有很多报道,除了这些低维系统的窄发射外,还有一个广泛的低能谱。这被认为是材料的一种固有属性,”格罗宁根大学的光物理学和光电子学教授Maria Loi说。以前,研究人员认为,八面体的原子的振动可以“陷阱”的一个兴奋的说自己捕捉激子,或自己捕捉激发态,导致广谱光致发光,特别是在这些二维系统和系统的八面体相互隔绝(零维)。

然而,Loi实验室的观察结果似乎与这一理论相矛盾,她团队的博士后研究员Simon Kahmann说。“我们的一名学生研究了铅碘基二维钙钛矿的单晶,发现有些晶体发出绿光,有些发出红光。如果大红色辐射是这种材料的固有特性,这就不是你所期望的。”

颜色

研究小组提出,这些钙钛矿的缺陷可能会改变发射光的颜色。因此,他们决定用一个特别的实验来测试主流的解释。Loi说,“在公认的理论解释中,激发态应该大于带隙,从而产生宽发射。”带隙是价带顶部和导带底部之间的能量差。

他们用不同颜色的激光,因此也用不同能量的激光,研究了晶体的发射。“我们注意到,当我们使用带隙能量以下的光子时,仍然会发生广泛的发射,”Loi说。“按照主流的解释,这是不应该发生的。”

他们的解释是,带隙内具有能级的缺陷状态控制着晶体的广泛发射和巨大的颜色变化。“我们认为这是晶体中的一种化学缺陷,可能与碘有关,导致带隙内的状态,”Kahmann说。因此,广泛的排放不是材料的内在属性,而是由外在效应引起的。Kahmann:“在这一点上,我们不能完全排除这是碘化铅钙钛矿的一个怪癖,但它很可能是低维钙钛矿的一个普遍属性。”这一发现有着深远的影响,Loi解释道。“如果我们想要预测新的更好的广泛发光的化合物,我们需要了解这种发光的来源。我们不应该被这条变色龙欺骗。”

就在10年前,一类材料进入了科学研究的焦点。这些材料可以将光转化为电或电转化为光:混合钙钛矿。它们可以用于太阳能电池、光或x射线探测器,但也可以用作发光二极管。一些钙钛矿发出的光波长很窄,而另一些则产生可以用来产生白光的宽带辐射。格罗宁根大学(University of Groningen)的科学家们现在已经证明,在二维碘化铅钙钛矿中广泛的辐射并不是这种材料的固有性质。这意味着它不是很有效。这意味着对这类材料的光学研究应该谨慎解释。

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