關(guān)于典型二維雜化有機(jī)無(wú)機(jī)鈣鈦礦體系有機(jī)陽(yáng)離子調(diào)控的多種聲子行為和效應(yīng)研究

研究背景

近年來(lái)，因雜化有機(jī)無(wú)機(jī)鈣鈦礦（HOIPs）在光伏、光電子學(xué)、自旋電子學(xué)、鐵電學(xué)、低閾值激光等方面有廣泛的應(yīng)用而成為研究熱點(diǎn)。與三維HOIPs相比，二維HOIPs具有更長(zhǎng)鏈的疏水有機(jī)陽(yáng)離子，其穩(wěn)定性大大提高。長(zhǎng)鏈的有機(jī)陽(yáng)離子將撐開(kāi)無(wú)機(jī)層形成有機(jī)層?無(wú)機(jī)層?有機(jī)層無(wú)限延展的三明治結(jié)構(gòu)，有機(jī)層和無(wú)機(jī)層之間通過(guò)氫鍵和庫(kù)侖力相互連接。這種由弱相互作用介導(dǎo)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)使得二維HOIPs晶格更為軟和松散，因此可以觀測(cè)到更明顯的聲子效應(yīng)，使其成為聲子工程器件研究的絕佳平臺(tái)。

當(dāng)HOIPs受到光激發(fā)后，光生激子或載流子可以耦合到由其無(wú)機(jī)層貢獻(xiàn)的低頻聲子，從而產(chǎn)生通常用于解釋缺陷耐受性、高載流子遷移率、低載流子復(fù)合速率的極化子。因此對(duì)聲子相關(guān)效應(yīng)的研究將加深對(duì)HOIPs材料高光電轉(zhuǎn)換效率的理解。在二維HOIPs中，聲子作為一種相干振動(dòng)波，通過(guò)HOIPs的晶格向外傳輸能量，在此期間電子-聲子和聲子-聲子相互作用將會(huì)影響熱載流子的冷卻速率及伴隨的熱聲子瓶頸效應(yīng)。因此，對(duì)于HOIPs材料的激子、聲子相關(guān)的動(dòng)力學(xué)研究對(duì)于器件設(shè)計(jì)及優(yōu)化至關(guān)重要。

研究重點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)、成果

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)羅毅、張群教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并合成了以典型二維HOIP材料苯乙基碘化鉛（PEA₂PbI₄）為母體的另外三種衍生物，即有機(jī)陽(yáng)離子苯環(huán)上的鄰、間、對(duì)位的一個(gè)氫原子分別被一個(gè)氟原子所取代。不同位置的氟原子取代使得無(wú)機(jī)層畸變和光學(xué)帶隙發(fā)生了明顯變化，尤其當(dāng)氟化發(fā)生在鄰位的時(shí)候。這主要是因?yàn)猷徫环瘜?dǎo)致陽(yáng)離子之間更大的空間位阻，從而引起無(wú)機(jī)層更大的畸變。

通過(guò)超快瞬態(tài)吸收光譜分析，我們提取到了清晰的聲子振蕩行為，發(fā)現(xiàn)氟原子在鄰、間、對(duì)位不同位置的取代可以對(duì)樣品的聲子壽命和拉曼模分布產(chǎn)生巨大影響，而這主要是關(guān)聯(lián)到其無(wú)機(jī)層的畸變，畸變?cè)酱螅曌訅勖介L(zhǎng)。

通過(guò)溫度依賴的光致發(fā)光光譜分析，我們提取出了電子–聲子耦合強(qiáng)度。和聲子壽命規(guī)律類似，也按照無(wú)機(jī)層畸變?cè)酱?，電聲相互作用越?qiáng)這樣一個(gè)趨勢(shì)。

結(jié)合我們前面對(duì)聲子壽命和電聲相互作用強(qiáng)度的綜合分析，我們推測(cè)無(wú)機(jī)層的晶格畸變會(huì)導(dǎo)致光生熱載流子不同的冷卻速率，即熱聲子瓶頸效應(yīng)（聲子壽命短，電聲相互作用越強(qiáng)，熱載流子冷卻就越快）。這個(gè)猜想被我們功率依賴的超快瞬態(tài)吸收光譜實(shí)驗(yàn)結(jié)合全局分析方法所證實(shí)。其中，鄰位氟化由于其表現(xiàn)出最強(qiáng)的電子–聲子和聲子–聲子耦合強(qiáng)度（對(duì)應(yīng)于其最大的無(wú)機(jī)層晶格畸變）而表現(xiàn)出最快的熱載流子冷卻，而對(duì)位氟化恰好相反。這種二維HOIPs顯著的電聲相互作用和軟晶格結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的極低的發(fā)光效率也被我們熒光量子產(chǎn)率結(jié)果所證實(shí)（所有的樣品都在約1%）。

這些有趣的發(fā)現(xiàn)從一個(gè)激發(fā)態(tài)動(dòng)力學(xué)的角度加深了有機(jī)陽(yáng)離子調(diào)控對(duì)其結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)影響的理解，為后續(xù)開(kāi)發(fā)更有效率的光電、光伏器件提供了一些思路。

文章出處

題目：Phononic Fine-Tuning in a Prototype Two-Dimensional Hybrid Organic-Inorganic Perovskite System

期刊名：《The Journal of Physical Chemistry Letters》

DOI：10.1021/acs.jpclett.2c01290

原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.jpclett.2c01290

使用體驗(yàn)

Quantaurus-QY絕對(duì)量子產(chǎn)率測(cè)量?jī)x操作簡(jiǎn)單，非常容易上手。數(shù)據(jù)的讀取十分迅速，且儀器不易損壞，容錯(cuò)率高，對(duì)新手較為友好。重要的是，量子效率測(cè)試儀Quantaurus-QY plus可測(cè)試液體、薄膜和粉末類樣品的激發(fā)光譜，發(fā)射光譜以及量子效率等測(cè)試參數(shù)，并對(duì)樣品的色度，色溫，色坐標(biāo)等顏色指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量。

設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)照及特點(diǎn)

1）PL測(cè)試范圍：300nm-1650nm

2）光譜測(cè)試范圍：200nm-1650nm，可以一次性得到全譜

3）測(cè)試樣品種類：固體（粉末，薄膜及其他性狀），液體

4）100V-240V，50Hz/60Hz自適應(yīng)電源

5）滿足EU61010-1:2001安全標(biāo)準(zhǔn)以及EU61326-1:2006電磁屏蔽標(biāo)準(zhǔn)。

6）量子效率最小測(cè)試誤差≤1%（極限范圍誤差值為≤3%）

7）可實(shí)現(xiàn)上轉(zhuǎn)換光譜和量子效率測(cè)試（980nm、808nm或者其他波長(zhǎng)激發(fā)），且上轉(zhuǎn)換量子效率有效測(cè)試精度10-4(需配置上轉(zhuǎn)換組件和激光光源)。

8）可實(shí)現(xiàn)77K低溫測(cè)試，以及可實(shí)現(xiàn) 25℃到300℃的連續(xù) 加溫 PL 測(cè)試 ，溫控精度±0.1℃（需配置低溫或者高溫測(cè)試組件）