Поделиться
Физики СПбГУ обнаружили уникальные свойства зарядовой памяти нанокристалла перовскита
Исследователи Санкт-Петербургского университета в составе научного коллектива впервые использовали метод спектроскопии спинового шума для исследования нанокристалла перовскита CsPbI3 внутри фторфосфатного стекла. Благодаря интенсивной фотолюминесценции и легко настраиваемому свету этот материал перспективен для использования в оптоэлектронике. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Applied Materials Today. Об этом CNews сообщили представители СПбГУ.
Перовскиты (ABX₃) — это широкая группа материалов с общей кристаллической структурой. Их свойства легко менять, подбирая состав, что позволяет создавать разные материалы: от прозрачных диэлектриков до светопоглощающих полупроводников. Именно такая гибкость позволяет активно использовать их в солнечных батареях и световых датчиках.
Неорганический перовскит CsPbI3 — это трииодид цезия и свинца. Пленки из его нанокристаллов наносят на кремниевые солнечные элементы, что значительно повышает их эффективность. Этот материал отлично поглощает свет (обладает сильным поглощением), то есть захватывает много солнечной энергии для выработки электричества. При этом он обладает высоким качеством и способен ярко светиться (обладает интенсивной фотолюминесценцией), поскольку обладает малым количеством дефектов, «крадущих» энергию.
Специалисты Санкт-Петербургского государственного университета активно изучают характеристики перовскитов. Ранее они уже обнаружили уникальные магнитные свойства кристалла этого материала при помощи шума. В рамках новой научной работы сотрудники СПбГУ совместно с коллегами из ИТМО, СПбГТИ (ТУ) и ФТИ имени А. Ф. Иоффе впервые применили метод оптической спектроскопии спинового шума для изучения спиновых свойств нанокристаллов перовскита CsPbI3, заключенных в стеклянную матрицу. До настоящего момента такой подход в основном использовали для газов и изотропных полупроводников, например арсенида галлия.
По словам авторов работы, этот передовой неинвазивный подход позволяет обнаружить спонтанные изменения и колебания намагниченности без возмущения системы. Спины можно сравнить с наличием маленьких магнитов у частиц: они способны случайно колебаться, а измерение этих флуктуаций дает возможность изучить магнитные свойства материалов. Именно эта характеристика оказывается принципиально значимой при создании новых технологий.
Ученые СПбГУ создали гибридный материал, который объединил лучшие качества перовскита и стекла. От первого он получил отличные оптические свойства, а от второго — прочность, стабильность и защиту от разрушения.
Исследователи выявили четкий сигнал прецессии спинов и обнаружили, что частица в магнитном поле, обладающая спином, повернувшись под некоторым углом к линиям внешнего магнитного поля, остается в движении и вращается в этом направлении. Зарегистрированный сигнал удалось сопоставить с резидентными электронами, то есть одиночными, локализованными в квантовой точке.
«g-фактор — это уникальная характеристика для частиц и квазичастиц, своего рода "паспорт с магнитным штрих-кодом". Он, соответственно, разный для разных частиц, и его можно "считать" с помощью внешнего магнитного поля. g-фактор характеризует то, как быстро спин частицы будет двигаться, словно волчок, во внешнем магнитном поле. Остается только зарегистрировать эту прецессию любым экспериментальным методом», — сказал инженер-исследователь лаборатории оптики спина имени И. Н. Уральцева СПбГУ Вадим Козлов.
При увеличении интенсивности зондирующего света и переходе в возмущающий режим были обнаружены два эффекта. Во-первых, облучение светом с длиной волны 722 нм вызвало устойчивую и контролируемую перезарядку нанокристаллов, приводящую к заполнению их дырками — свободными положительными носителями заряда. По словам научной группы, стабильность этого состояния исключительна: оно сохранялось после многократных циклов нагрева до комнатной температуры и последующего охлаждения.
Второй обнаруженный эффект связан с эллиптически поляризованным излучением. Это общий случай его появления, когда конец вектора напряженности электрического поля описывает эллипс за время одного периода колебания вокруг направления распространения света. Такое освещение, по словам ученых, сгенерировало в системе эффективное «оптическое» магнитное поле благодаря эффекту Штарка — сдвигу и расщеплению энергетических уровней атомов под действием электрического поля. Для доказательства этого явления физики СПбГУ разработали и применили оригинальную модификацию метода спинового шума.
Исследование выполнено с использованием передового научного оборудования междисциплинарного ресурсного центра «Нанотехнологии» Научного парка СПбГУ.
Короткая ссылка
