最高对称性的二维钙钛矿实现杂散激子扩散长度超过 2 微米
材料科学
2025-04-16 v2 介观与纳米尺度物理
摘要
实现晶体结构高度对称性的半导体是无机材料的优势，已导致新物理行为的出现。相比之下，杂化（有机和无机）晶体，如二维金属卤化物钙钛矿，由于平面或垂直八面体变形，表现出较低的晶体对称性。尽管这些引人注目的二维材料在室温下具备惊人的光致发光能力，但其在光电子器件中的电荷载流子传输控制和性能方面仍存在严重不足。我们受 3D 立方钙钛矿相 FAPbI3 极其优异电荷载流子特性的启发，结合合适的 cage 阴离子、spacer 分子以及结晶温度和速率，报道了一系列新的 FA 基准二维钙钛矿，这些材料在平面和垂直方向上均无八面体变形，实现了理论上预测的最高对称性（四方方位 P4/mmm 空间群），最终表现出 4 埃的短垂直层间距离，系统性降低的带隙（1.7 到 1.8 eV），以及 2.5 微米的杂散激子扩散长度和 4.4 cm²s⁻¹ 的扩散系数，这些数值均比此前报道的二维钙钛矿高出一个数量级，且与单层过渡金属硫化物类比。
引用
@article{arxiv.2504.08121,
title = {Two-dimensional perovskites with maximum symmetry enable exciton diffusion length exceeding 2 micrometers},
author = {Jin Hou and Jared Fletcher and Siedah J. Hall and Hao Zhang and Marios Zacharias and George Volonakis and Claire Welton and Faiz Mandani and Isaac Metcalf and Shuo Sun and Bo Zhang and Yinsheng Guo and G. N. Manjunatha Reddy and Claudine Katan and Jacky Even and Matthew Y. Sfeir and Mercouri G. Kanatzidis and Aditya D. Mohite},
journal= {arXiv preprint arXiv:2504.08121},
year = {2025}
}