_ Imagistica neinvazivă sub-angstrom a aranjamentul atomic în perovskiții hibrizi 2D

Oamenii de știință de la Universitatea Națională din Singapore au demonstrat imagistica non-invazivă atât a straturilor organice, cât și a rețelei anorganice subiacente a perovskiților hibrizi bidimensionali (2D) la nivel sub-angstrom.

Ultimii câțiva ani au fost martori la o creștere a interesului de cercetare la nivel mondial și o creștere rapidă în domeniul perovskiților cu halogenură Ruddlesden-Popper 2D (RPP). RPP-urile 2D sunt un tip de cristal de perovskit cu interacțiune nouă lumină-materie și stabilitate foto și chimică semnificativ îmbunătățită. Ele au straturi organice izolante intercalate între cadrele conductoare de halogenură de plumb anorganice.

Cu toate acestea, natura izolatoare și moliciunea straturilor organice și cadrul anorganic „îngropat” fac determinarea aranjamentului atomic spațial și înțelegerea efectele asociate în RPP-urile 2D reprezintă o provocare. Cunoașterea microscopică a aranjamentelor atomice din RPP-urile 2D încă lipsește: abordarea acestui aspect este critică nu numai pentru înțelegerea și controlul fundamental al sarcinii, dinamicii excitonilor și a altor fenomene cuantice, ci și pentru aplicațiile lor tehnologice în dispozitivele fotovoltaice și optoelectronice.

O echipă de cercetare NUS condusă de profesorul asociat Jiong Lu, în colaborare cu grupul de cercetare al profesorului Kian Ping Loh, ambii de la Departamentul de Chimie de la Universitatea Națională din Singapore, a dezvoltat o metodă de imagistică neinvazivă a ambelor părți de top. straturile organice și rețeaua lor anorganică subiacentă în RPP 2D la scară sub-angstrom.

Cercetătorii au folosit o combinație de microscopie cu scanare tunel (STM) și tehnici de imagistică (Figura 1 A). Rezultatele STM au oferit o reconstrucție atomică a rețelei anorganice de plumb-halogenură (Figura 1 B), în timp ce imagistica ncAFM funcționalizată cu vârful a permis o vizualizare a straturilor organice superioare și aranjamentul acestuia în raport cu rețeaua anorganică de bază la rezoluție sub-angstrom. (Figura 1 C). Reconstrucția straturilor organice de la suprafață, prezentată printr-o matrice bine ordonată care conține perechi de cationi de butilamoniu, s-a dovedit a fi strâns interconectată cu deformarea rețelei anorganice prin interacțiuni de legături de hidrogen. Această lucrare a fost întreprinsă în comun cu Prof. Pavel Jelínek de la Institutul de Fizică, Academia Cehă de Științe.

Folosind tehnica Kelvin Probe Force Microscopy (KPFM), echipa a efectuat, de asemenea, imagistica la scară atomică a variația potențialului electrostatic între perechile de cationi de butilamoniu. Interesant, acest lucru a relevat canale alternante de electroni și gauri cvasi-unidimensionale (1D) la granițele interdomeniilor învecinate. Acestea ar putea permite difuzarea excitonilor pe distanțe lungi pentru a îmbunătăți performanța dispozitivelor fotovoltaice și optoelectronice pe bază de perovskit.

Profesorul Lu a spus: „Descoperirile noastre nu aduc doar perspective la scară nanometrică asupra structurii stării fundamentale a ambelor. motive organice și anorganice în RPP, dar, de asemenea, aruncă o lumină nouă asupra mecanismului separării eficiente a perechilor electron-gaură fotoexcitate și a transportului de exciton în ele."

(Fluierul)