Materiales de camaleón: el origen de la variación de color en las perovskitas de baja dimensión

• Fecha : 11 de mayo de 2020
• Fuente : Universidad de Groningen
• Resumen : Algunos diodos emisores de luz LED creados a partir de perovskita, una clase de materiales optoelectrónicos, emiten luz en un amplio rango de longitud de onda. Los científicos ahora han demostrado que en algunos casos, la explicación de por qué sucede esto es incorrecta. Su nueva explicación deberíaayudar a los científicos a diseñar LED de perovskita capaces de emitir luz de amplio rango.

Algunos diodos emisores de luz LED creados a partir de perovskita, una clase de materiales optoelectrónicos, emiten luz en un amplio rango de longitud de onda. Los científicos de la Universidad de Groningen ahora han demostrado que, en algunos casos, la explicación de por qué sucede esto es incorrectaSu nueva explicación debería ayudar a los científicos a diseñar LED de perovskita capaces de emitir luz de amplio rango. El estudio fue publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza el 11 de mayo

Las perovskitas de baja dimensión 2D o 1D emiten luz en un rango espectral estrecho y, por lo tanto, se utilizan para fabricar diodos emisores de luz de pureza de color superior. Sin embargo, en algunos casos, un amplio espectro de emisión a niveles de energía por debajo del espectro estrechose ha observado. Este proceso ha atraído un gran interés ya que podría usarse para producir LED de luz blanca más fácilmente en comparación con los procesos que se están utilizando actualmente. Sin embargo, para diseñar perovskitas para propósitos específicos, es necesario entender por qué algunas perovskitas producenemisiones de amplio espectro, mientras que otras emiten un espectro estrecho.

confinamiento cuántico

Las perovskitas son un grupo versátil de materiales con una estructura cristalina muy distintiva, conocida como estructura de perovskita. En una celda unitaria idealizada, los aniones forman un octaedro alrededor de un catión central, mientras que las esquinas del cubo están ocupadas por otros cationes más grandes.Se pueden usar diferentes iones para crear diferentes perovskitas.

En las perovskitas híbridas, los cationes son moléculas orgánicas de diferentes tamaños. Cuando el tamaño excede una determinada dimensión, la estructura se vuelve bidimensional o en capas. El confinamiento cuántico resultante tiene grandes consecuencias para las propiedades físicas de los materiales y, en particular,para las propiedades ópticas.

Emisiones

"Hay muchos informes en la literatura donde, además de la emisión estrecha de estos sistemas de baja dimensión, hay un amplio espectro de baja energía. Y se cree que esta es una propiedad intrínseca del material", dice Maria Loi,Profesor de Fotofísica y Optoelectrónica en la Universidad de Groningen. Se ha propuesto que las vibraciones de los átomos del octaedro pueden 'atrapar' un estado excitado en un excitón auto atrapado o estado excitado auto atrapado, causando la fotoluminiscencia de amplio espectro,especialmente en estos sistemas bidimensionales y en sistemas donde los octaedros están aislados unos de otros cero-dimensionales.

Sin embargo, las observaciones hechas en el laboratorio de Loi parecen contradecir esta teoría, dice Simon Kahmann, un investigador postdoctoral en su equipo. 'Uno de nuestros estudiantes estudió cristales individuales de una perovskita 2D a base de yoduro de plomo y notó que algunos cristales emitían verdeluz y otros emitieron luz roja. Esto no es lo que cabría esperar si la emisión roja amplia fuera una propiedad intrínseca de este material '.

color

El equipo de investigación propuso que los defectos en estas perovskitas podrían cambiar el color de la luz emitida. Por lo tanto, decidieron probar la interpretación principal con un experimento ad hoc. Loi: 'En la explicación teórica aceptada, las excitaciones deberían ser mayores queel intervalo de banda para producir una emisión amplia. 'El intervalo de banda es la diferencia de energía entre la parte superior de la banda de valencia y la parte inferior de la banda de conducción.

Utilizando luz láser de diferentes colores y, por lo tanto, de diferentes energías, estudiaron la emisión de los cristales. "Observamos que cuando usamos fotones por debajo de la energía de banda prohibida, la emisión amplia todavía se produce", dice Loi. "Esto no deberíahan sucedido de acuerdo con la interpretación principal. '

Consecuencias

Su explicación es que un estado de defecto con un nivel de energía dentro del intervalo de banda está gobernando la emisión amplia y la gran variación de color de los cristales. 'Creemos que es un defecto químico en el cristal, probablemente relacionado con el yoduro, que causaEstados dentro de la brecha de banda ", dice Kahmann. Por lo tanto, las emisiones amplias no son una propiedad intrínseca del material, sino que son causadas por un efecto extrínseco. Kahmann:" En este punto, no podemos descartar totalmente que esto sea una peculiaridad del plomoperovskitas de yoduro, pero es probable que sea una propiedad general de las perovskitas de baja dimensión ". Este hallazgo tiene profundas consecuencias, explica Loi:" Si queremos predecir compuestos nuevos y mejores que emitan luz en general, necesitamos comprender el origen de esteemisión. No deberíamos ser engañados por este camaleón. '

Fuente de la historia :

Materiales proporcionado por Universidad de Groningen . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.

Referencia del diario :

1. Simon Kahmann, Eelco K. Tekelenburg, Herman Duim, Machteld E. Kamminga, Maria A. Loi. Naturaleza extrínseca de la fotoluminiscencia amplia en perovskitas de Ruddlesden-Popper a base de yoduro de plomo . Comunicaciones de la naturaleza , 2020; 11 1 DOI: 10.1038 / s41467-020-15970-x