CH$_3$NH$_3$PbCl$_3$ 中分子与无机骨架动力学的退耦合

有机-无机卤化铅钙钛矿由嵌入无机骨架中的有机分子组成。通式为 CH$_{3}$NH$_{3}$PbX$_{3}$（MAPbX$_{3}$）的化合物在卤素 $X$=Cl、Br 和 I 下，于多种样品几何与制备方法中均展现出高的光伏效率。有机阳离子与无机骨架通过氢键连接，将分子拴系于卤素阴离子，这被认为对光电性质十分重要。我们利用飞行时间中子谱学研究了此种键合的影响，测量了 CH$_3$NH$_3$PbCl$_3$（MAPbCl$_3$）中的分子动力学。低能/高分辨中子背散射揭示了特征温度约 $\sim$ 95\,K 的热激活分子动力学。在同一温度下，更高能量的中子谱显示与分子振动相关的能量异常展宽（寿命缩短）。相比之下，中子粉末衍射显示空间长程结构相变发生于 178\,K（立方 $\rightarrow$ 四方）和 173\,K（四方 $\rightarrow$ 正交）。这两个温度尺度间的巨大差异表明，MAPbCl$_3$ 中的分子与无机晶格动力学实际上是退耦合的。假设 underlying 物理机制在有机-无机钙钛矿中随卤素不同而不改变，我们推测与卤化铅钙钛矿光伏性质最相关的能量尺度由铅-卤素键决定，而非氢键。