钙钛矿中由单光子触发的离子碰撞电离（I3）的发现
应用物理
2019-06-14 v2 材料科学
摘要
有机-无机金属卤化物钙钛矿器件因其诱人的光电特性与衬底选择灵活性，在 LED、光电探测器与太阳能电池应用中引起了显著关注[1-4]。这些器件表现出慢时间尺度响应，此前被归因于点缺陷迁移[5-6]。本工作中，我们报道了在甲基铵铅碘钙钛矿（MAPbI3）中一种室温本征放大过程的发现，该过程可由少至单个光子的数个光子触发。材料的电学性质通过其光响应，被小至 0.19 阿焦（单个光子的能量）的输入能量所改变。这些观测无法用光激发电子带间跃迁或既有的光激发点缺陷迁移模型解释，因为上述任一机制均不能解释吸收单个或数个光子所引起的宏观性质变化。结果表明存在碘离子的雪崩式集体运动及其在阳极附近的积累，我们称之为离子碰撞电离（I3 机制）。所提出的 I3 过程是电子碰撞电离的离子类比，且此前被认为不可能，因为传统上使离子偏离平衡位置所需的能量远大于电子。我们进行了第一性原理计算，表明在 MAPbI3 中 I3 机制的活化能明显低于文献中电子碰撞电离活化能的值。钙钛矿材料中 I3 过程的发现为光子与电子应用的新一类器件开辟了可能。
引用
@article{arxiv.1906.02475,
title = {Discovery of Ionic Impact Ionization (I3) in Perovskites Triggered by a Single Photon},
author = {Zihan Xu and Yugang Yu and Iftikhar Ahmad Niaz and Yimu Chen and Shaurya Arya and Yusheng Lei and Mohammad Abu Raihan Miah and Jiayun Zhou and Alex Ce Zhang and Lujiang Yan and Sheng Xu and Kenji Nomura and Yu-Hwa Lo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1906.02475},
year = {2019}
}