マギル大学の研究者は、ペロブスカイトの働きについて新しい洞察を得ました。 半導体 高効率で低コストの太陽電池や、その他のさまざまな光学および電子デバイスの製造に大いに期待できる材料です。
ペロブスカイトは、材料の結晶構造に欠陥がある場合でも半導体として機能する能力があるため、過去XNUMX年間で注目を集めてきました。 他のほとんどの半導体をうまく機能させるには、可能な限り欠陥のない結晶を製造するための厳格で費用のかかる製造技術が必要になるため、これはペロブスカイトを特別なものにします。 マギルチームは、新しい物質の状態の発見に相当するものとして、ペロブスカイトがこのトリックをどのように実行するかという謎を解き明かすための一歩を踏み出しました。
「歴史的に、人々は完全な結晶であるバルク半導体を使用してきました。 そして今、突然、この不完全で柔らかいクリスタルが働き始めます。 半導体 太陽光発電から LED までさまざまな用途に応用できます」と、マギル大学化学科の准教授で主著者のパタンジャリ・カンバムパティ氏は説明します。 「これが私たちの研究の出発点です。欠陥のあるものがどのようにして完璧に機能するのでしょうか?」
量子ドット、しかし私たちが知っているようにではない
研究者らは、量子閉じ込めとして知られる現象がバルクペロブスカイト結晶内で発生することを明らかにしています。 これまで、量子閉じ込めは数ナノメートルのサイズの粒子でしか観察されていませんでした。フラットスクリーン TV で有名になった量子ドットは、非常に自慢されている例の XNUMX つです。 粒子がこれほど小さい場合、それらの物理的寸法は、粒子に同じ材料のより大きな断片とは明らかに異なる特性を与える方法で電子の動きを制限します。特性は、光の放出などの有用な効果を生み出すために微調整することができます。正確な色。
状態分解ポンプ/プローブ分光法として知られる技術を使用して、研究者は、同様のタイプの閉じ込めが、バルクの臭化鉛ペロブスカイト結晶で発生することを示しました。 言い換えれば、彼らの実験は、量子ドットよりもかなり大きいペロブスカイトの断片で起こっている量子ドットのような振る舞いを明らかにしました。
意外な結果が思わぬ発見につながる
この研究は、肉眼では固体のように見えるペロブスカイトが、より一般的に液体に関連する特定の特性を持っていることを確立した以前の研究に基づいています。 この液固双対性の中心には、自由電子の存在に応じて歪むことができる原子格子があります。 Kambhampatiは、中央に投げ込まれた岩の衝撃を吸収するトランポリンとの比較を示しています。 トランポリンが最終的に岩石を停止させるのと同じように、ペロブスカイト結晶格子の歪み（ポーラロン形成として知られる現象）が電子を安定化させる効果があると理解されています。
トランポリンのアナロジーは、システムが励起状態からより安定した状態に戻ることと一致するエネルギーの漸進的な散逸を示唆しますが、ポンプ/プローブ分光法データは実際には反対を明らかにしました。 研究者が驚いたことに、彼らの測定値は、ポーラロン形成の余波でエネルギーが全体的に増加することを示しました。
「エネルギーが上昇したという事実は、新しい量子力学的効果、量子ドットのような量子閉じ込めを示しています」とカンバンパティ氏は言い、電子のサイズスケールでは、トランポリンの岩は励起子であり、励起状態のときに残される空間を持つ電子。
「ポーラロンが行うことは、すべてを空間的に明確に定義された領域に限定することです。 私たちのグループが示したもののXNUMXつは、ポーラロンが励起子と混合して、 量子 ドット。 ある意味で、それは液体の量子ドットのようなもので、これは私たちが量子ドロップと呼んでいるものです。 これらの量子液滴の挙動を調査することで、欠陥耐性のあるオプトエレクトロニクス材料を設計する方法についての理解が深まることを願っています。」