局域能量景观驱动二维卤化物钙钛矿半导体中的长激子扩散

卤化物钙钛矿已成为包括光伏和发光器件在内的应用中具有突破性的半导体，其模块化光电特性可通过组分和维度调控实现。形式为BA2MAn-1PbnI3n+1的层状Ruddlesden-Popper钙钛矿（其中n为由较长丁基铵（BA）阳离子隔开的铅卤化物和甲基铵（MA）片层数）因其独特的二维特性以及由强束缚激子主导的载流子动力学而特别有趣。然而，这些材料中通过激子扩散的长程能量输运尚未被理解或实现。在此，我们采用局域时间分辨发光映射技术，可视化BA2MAn-1PbnI3n+1钙钛矿家族高质量剥离薄片中的激子输运。我们揭示了两种不同的输运机制，取决于所研究的温度区间。在高于100 K的温度下，扩散由局域态之间热激活的跳跃过程介导。在较低温度下，出现非均匀的能量景观，其中激子输运由向低能态的能量漏斗过程主导，即使在无激子-声子耦合且存在局域光电异质性的情况下，也导致数百纳米的长程输运。高效、长程且可切换的激子漏斗为这些二维材料中受控定向长程输运用于新器件应用提供了令人兴奋的可能性。