Выявлены уникальные особенности зарядовой памяти нанокристалла перовскита

Фото из открытых источников

Исследователями Санкт-Петербургского университета в составе научного коллектива впервые использована методика спектроскопии спинового шума для изучения нанокристалла перовскита CsPbI3 внутри фторфосфатного стекла. Материал считают одним из наиболее перспективных для оптоэлектроники, поскольку он обладает интенсивной фотолюминесценцией и легко настраиваемым светом. Результаты работы опубликованы на научном ресурсе sciencedirect.com.

Перовскитами (ABX₃) называют широкую группу материалов, имеющих общую кристаллическую структуру. Их свойства легко меняются через подбор состава, что даёт возможность синтеза разных материалов: от прозрачных диэлектриков до светопоглощающих полупроводников. Подобная гибкость даёт возможность активного использования их в солнечных батареях и световых датчиках.

Неорганический перовскит CsPbI3 — это трииодид цезия и свинца. Его нанокристаллы в формате плёнок наносят на кремниевые солнечные элементы, позволяя заметно увеличить их эффективность. Материал хорошо поглощает свет, захватывая много солнечной энергии для выработки электричества. Другое его достоинство: ярко светится, имея малое число дефектов, «крадущих» энергию.

Специалисты Санкт-Петербургского ранее уже выявили особые магнитные свойства кристалла этого материала при помощи шума. В новой научной работе команда СПбГУ в кооперации с коллегами из ИТМО, СПбГТИ (ТУ) и ФТИ имени А.Ф. Иоффе впервые смогли применить методику оптической спектроскопии спинового шума, чтобы исследовать спиновые свойства нанокристаллов перовскита CsPbI3, которые заключены в стеклянную матрицу. Ранее данный подход применяли обычно лишь для газов и изотропных полупроводников.

Метод передовой, неинвазивный, он даёт возможность выявить спонтанные изменения и колебания намагниченности, не прибегая к возмущению системы. Спины могут случайно колебаться, и измерив эти флуктуации, учёные получают возможность понять магнитные свойства материалов и использовать их в разработке новых технологий.

Учеными СПбГУ создан гибридный материал, объединивший лучшие свойства перовскита и стекла. От первого синтетическому материалу достались отличные оптические свойства, а от второго — прочность, стабильность и гарантию от разрушения.

Исследователям удалось зафиксировать сигнал прецессии спинов и обнаружить, что обладающая спином частица в магнитном поле, повернувшись под некоторым углом к линиям внешнего магнитного поля, сохраняет движение и вращается в этом направлении. Сигнал сопоставили с резидентными электронами, то есть одиночными, что локализованы в квантовой точке.

Эксперты применили увеличение интенсивности зондирующего света и переход в возмущающий режим, что позволило обнаружить два эффекта. Первый: облучение светом с длиной волны 722 нм давало устойчивую и контролируемую перезарядку нанокристаллов, которая приводила к заполнению их свободными положительными носителями заряда. Состояние оказалось очень стабильным: сохранялось после многих циклов нагрева до комнатной температуры и следующего охлаждения.

Второй эффект коррелирует с эллиптически поляризованным излучением, когда конец вектора напряженности электрического поля описывает эллипс за период единичного колебания вокруг направления распространения света. Это освещение, говорят ученые, сгенерировало в системе мощное «оптическое» магнитное поле на базе эффекта Штарка — сдвига и расщепления энергетических уровней атомов под влиянием электрического поля. Чтобы доказать это явление, физики СПбГУ создали и протестировали оригинальную модификацию метода спинового шума.