Counterdiffusion-in-gel growth of high optical and crystal quality MAPbX3 (MA = CH3NH3+, X = I-, Br-) lead-halide perovskite single crystals
卤化物钙钛矿是一种很有前途的光电子半导体材料。其独特的特征之一是合成，这可以通过从溶液中结晶来进行。该方法速度快，但由于晶体生长的强非平衡条件，实际上无法优化。另一个质量限制是当从具有有机溶剂的溶液中进行钙钛矿结晶时，有机溶剂分子通常掺入晶体中。在这里，我们报告了一种替代方法的钙钛矿单晶生长的基础上的试剂在凝胶介质中的反扩散。这种反向扩散凝胶结晶（CGC）方法是基于钙钛矿和卤化铅在相应的卤酸HX中的溶解度的差异。钙钛矿和卤化铅之间的溶解度差异导致在恒定室温下形成具有优异光学质量的足够大尺寸的钙钛矿单晶。特别地，在这里，我们报告了MAPbI 3和MAPbBr 3卤化物钙钛矿单晶（MA = CH 3 NH 3+）的生长通过在填充有硅胶的U形管中的有机溶剂的试剂的逆扩散。在4K下记录的光致发光谱显示出全宽<2.5meV的激子共振，证明了它们优良的光学性质。所提出的方法可用于制造高质量的卤化物钙钛矿单晶，用于基础研究和不存在缺陷是关键要求的应用。
2021-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strongly Anharmonic Organic Cation Vibrations in Hybrid Lead Halide Perovskite CH3NH3PbI3 on Electronic Ground State
研究了室温下四方相的无机-有机混合卤化铅钙钛矿CH 3 NH3 PbI $在略低于带隙的中等光激发下的超快振动动力学。时间分辨光克尔效应信号表现出周期性调制，由于在4和8太赫兹的甲基铵分子的振动和扭曲，除了在1.2太赫兹的无机亚晶格变形。这些振荡被严重阻尼，并且它们的频率随着泵浦密度的增加而呈现蓝移，这与传统激光加热的预期相反。我们的从头算晶格动力学模拟揭示了强烈的非谐振动势的带中心光学声子模式，从而证实了非谐性是实验观察到的频率蓝移的起源。
2021-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Photophysics of Two-Dimensional Semiconducting Organic-Inorganic Metal-Halide Perovskites
2D有机-无机杂化钙钛矿（2DHP）由交替的阴离子金属卤化物层和阳离子有机层组成。它们具有广泛可调的结构和光学性质。我们回顾了有机阳离子在定义2DHP的结构和光学性质的作用，通过例如碘化铅2DHP。尽管激子存在于金属卤化物层中，但有机和无机框架不能分开-它们必须被视为一个单一单元以充分理解2DHP的物理学。我们关联阳离子诱导的扭曲和无序的无机晶格与由此产生的光学性质。我们还讨论了阳离子在创建和改变离散激子结构，出现在低温下的一些2DHP，包括阳离子依赖的存在下的热激子光致发光的作用。最后，我们的审查与展望2DHP，突出现有的差距，基础知识以及潜在的未来应用。
2021-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Revealing the role of organic cations in hybrid halide perovskites CH3NH3PbI3
混合卤化物钙钛矿CH $_{3}$ NH $_{3}$ PbI $_{3}$已经使太阳能电池达到约18\%的效率，展示了在太阳能领域中没有先例的改进步伐。尽管取得了这样的爆炸性进展，但这种材料成功背后的微观起源仍然存在争议，有机阳离子在光捕获过程中所起的作用仍然不清楚。在这里范德华校正的密度泛函理论计算表明，有机分子的取向起着决定材料的电子性质的基本作用。例如，如果CH $_{3}$ NH $_{3}$沿着（011）类方向取向，则PbI $_{6}$八面体笼将扭曲，并且带隙将变为间接的。我们的研究结果表明，分子的旋转，随之而来的动态变化的能带结构，可能是在起源的慢载流子复合和CH $_{3}$ NH $_{3}$ PbI $_{3}$优越的转换效率。
2015-01-15 cond-mat.mtrl-sci
Processing Induced Distinct Charge Carrier Dynamics of Bulky Organic Halide Treated Perovskites
现有技术的基于金属卤化物钙钛矿的光致抗蚀剂通常采用有机铵盐AX作为表面钝化剂，其中A是大的有机阳离子，X是卤化物。这些表面处理通过形成层状钙钛矿（例如，A2 PbX 4）或AX本身用作钙钛矿光活性膜上的表面钝化剂。目前还不清楚层状钙钛矿或AX是否是理想的钝化剂，这是由于对AX处理的界面影响和所产生的光激发载流子动力学的不完全理解。在本研究中，我们使用TRPL测量来选择性地探测玻璃/钙钛矿/AX的不同界面，以证明A2 PbX 4或AX存在下的截然不同的界面光激发态动力学。将TRPL结果与X射线衍射和纳米显微镜测量相结合，我们发现AX的存在不仅钝化了表面和晶界处的陷阱，而且还诱导了α/δ-FAPbI 3相混合，从而改变了玻璃/钙钛矿界面附近的载流子动力学，提高了光致发光量子产率。相比之下，A2 PbI 4的钝化主要局限于表面和顶面附近的晶界，其中PbI 2的可用性直接决定A2 PbI 4的形成。这种不同的机制显著影响相应的太阳能电池性能，并且我们发现尚未转化为层状钙钛矿的AX钝化允许更大的加工窗口（例如，允许AX浓度的较大变化，这对于提高最终的制造产率是关键的）和更可再现的条件以实现器件性能的提高，而作为钝化剂的A2 PbI 4产生窄得多的处理窗口。我们希望这些结果能够为开发钙钛矿AX提供更合理的途径。
2022-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Gapped Ferromagnetic Graphene Nanoribbons
我们通过在锯齿形石墨烯纳米带（ZGNRs）上引入有机磁体，从理论上设计了一种石墨烯基全有机铁磁半导体。在费米能级附近获得了自旋极化态密度为100%的大自旋分裂带隙，这在自旋晶体管中具有潜在的应用价值。利用第一性原理计算结合基本模型分析研究了电子、自旋和晶格自由度之间的相互作用。所有的计算结果一致表明，尽管没有d电子存在，反铁磁π-π交换以及有机磁体和ZGNR之间强的自旋-晶格相互作用使基态具有铁磁性质.基础物理学使得有可能针对实际应用最佳地选择有机磁体。
2010-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical limit of power conversion efficiency for organic and hybrid halide perovskite photovoltaics
我们计算的最大功率转换效率作为有机光伏（PV）电池的光学带隙的函数，通过假设电荷分离伴随着所需的能量损失解离强烈结合的电荷对。解离能可以从开路电压（VOC）和光学带隙（Eg）之间的关系估计。通过分析已发表的VOC和Eg数据，可以估计解离能。这一结果对选择给体和受体材料具有指导意义。我们还研究了混合卤化物钙钛矿的功率转换效率的理论极限，通过考虑到从钙钛矿相到金属氧化物电荷传输层的载流子转移中涉及的能量损失。
2015-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Tuning Bandgap and Energy Stability of Organic-Inorganic Halide Perovskites through Surface Engineering
具有各种表面结构和形貌的有机卤化物钙钛矿由于异质结构依赖的稳定性的类型的选择而显示出有前途的潜力。我们系统地研究和讨论了二维二硫化钼（MoS 2）、二硒化铼（MoSe 2）、二硫化钨（WS 2）、二硒化钨（WSe 2）、氮化硼（BN）和石墨烯单层对有机-无机卤化物钙钛矿的带隙和能量稳定性的影响。我们发现在BN-ML上沉积的MAPbI 3 ML具有室温稳定性（-25 meV~ 300 K），最佳带隙为~1.6 eV。计算的吸收系数也位于可见光范围内，在2.8 eV光子能量下达到最大值4.9 x 104 cm-1。在我们的计算的基础上，我们建议，半导体单层的有机-无机卤化物钙钛矿单层的封装可能提供更大的灵活性，用于调整能量稳定性和带隙。
2018-10-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Surface Effects on Anisotropic Photoluminescence in One-Dimensional Organic Metal Halide Hybrids
本文通过偏振依赖的TRPL光谱和第一性原理计算，研究了1D有机金属卤化物杂化物C4N2H14PbBr4，发现其各向异性光致发光受激发能量影响，并归因于快速的表面复合，为理解其光学各向异性提供了更完整的图景。
2022-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Exciton-Dominated Core-Level Absorption Spectra of Hybrid Organic-Inorganic Lead Halide Perovskites
在理论和实验相结合的工作中，我们研究了X射线吸收近边结构（XANES）光谱的I $L_3$和Pb $M_5$边缘的甲基铵碘化铅（$\textrm{MAPbI}_3$）混合无机-有机钙钛矿和它的二元相$\textrm{PbI}_2$。的吸收起始占主导地位的束缚激子具有相当大的结合能的几百毫电子伏和显着的各向异性。这两种材料的光谱表现出显着的相似性，这表明在$\textrm{MAPbI}_3$的核心激发指纹基本上是由其无机成分，与有机基团的影响可以忽略不计。补充实验观察的理论分析提供了对这种复杂材料进行全面表征所需的概念性见解。
2018-04-18 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Studies of Second-Order Nonlinear Optical Properties of Organic-Inorganic Hybrid Halide Perovskites
有机-无机混合卤化物钙钛矿在光伏应用中引起了极大的兴趣。然而，它们的非线性光学响应还没有被研究，虽然许多这些结构缺乏中心对称性和铁电性。在这项工作中，我们采用我们开发的大规模并行，第一性原理模拟工具（ArchNLO），探索二阶非线性光学性质的一个典型的家庭的有机-无机混合卤化物钙钛矿，CH 3 NH 3 MX 3（M= Ge，Sn，Pb; X=Cl，Br，I）。我们发现这些混合钙钛矿具有二次谐波产生和线性电光效应。阳离子/阴离子的种类和位置以及相应的带隙对非线性光学效应有很大的影响。特别地，CH 3 NH3 SnI 3的畸变的立方相，其基本上是三斜的，显示出显著的二次谐波产生和电光效应，这与那些广泛使用的材料，如GaAs相当。有机-无机混合卤化物钙钛矿的这些二阶光学性质及其低温、基于溶液的制备为以低成本实现和实施非线性光学器件铺平了道路。
2020-02-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Quantum Efficiency Enhancement of Lead-Halide Perovskite Nanocrystal LEDs by Organic Lithium Salt Treatment
表面缺陷钝化是实现卤化铅钙钛矿纳米晶体的高光致发光量子产率的关键。然而，在钙钛矿发光二极管中，这些表面配体还必须能够使平衡的电荷注入到纳米晶体中，以产生高效率和工作寿命。在这方面，已报道碱性卤化物钝化表面陷阱态并增加钙钛矿发光体的整体稳定性。一方面，将碱性离子掺入卤化铅钙钛矿晶体结构中被认为是为了平衡阳离子空位，而另一方面，过量的卤化物被认为是稳定胶体。在这里，我们报告了一种有机锂盐，即LiTFSI，作为钙钛矿纳米晶体上的无卤化物表面钝化。我们表明，处理LiTFSI对卤化铅钙钛矿纳米晶体和由其衍生的LED具有多种有益的影响。我们获得了更高的光致发光量子产率和更长的激子寿命，以及更有利于光外耦合的辐射图案。配位体诱导的偶极子在表面上移动其能级向较低的空穴注入势垒。总的来说，这些效应使概念验证LED结构的外部量子效率提高了四到七倍，这取决于所使用的卤化铅钙钛矿发光体的颜色。
2022-03-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optimized Photoemission from Organic Molecules in 2D Layered Halide Perovskites
本研究通过设计合成二维层状卤化物钙钛矿，实现了来自有机部分的高效光电发射，其发光效率比前驱盐提高了五倍，适用于快速闪烁应用。
2026-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Surface geometry determined temperature-dependent band structure evolutions in organic halide perovskite single crystals
通过角分辨光电子能谱学（ARPES）研究发现，在不同温度下，CH 3 NH3 PbI 3的顶价带（VB）色散没有变化，而CH 3 NH3 PbBr 3的顶价带色散发生了相变，甚至出现了具有Rashba效应的顶VB分裂.结合低能电子衍射（LEED）、亚稳原子电子能谱（MAES）和密度泛函理论（DFT）计算，我们证实了在这两种钙钛矿单晶中观察到的不同的能带结构演化起源于解理的顶表面层，其中CH_3NH_3PbI_3和Pb ~-中CH_3NH_3 ~+-I的不同表面几何构型Br在CH_3NH_3PbBr_3中的存在导致了能带色散的变化和Rashba型分裂的出现。这些发现表明，应该仔细考虑有机卤化物钙钛矿中的顶表面层，以创建用于开发钙钛矿器件的功能界面。
2020-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic ion migration dynamics in a one-dimensional organic metal halide hybrid
金属卤化物钙钛矿具有许多适合于光电应用的物理性质，然而这些潜力的实现受到其环境和电子不稳定性的阻碍。形态和分子低维钙钛矿和钙钛矿相关材料由于其独特的分子结构而在提高化学稳定性方面显示出很大的希望。在这里，我们报告了在一维（1D）有机金属卤化物混合物，（R）-α-甲基苄基铵三碘化铅（（R-α-MBA）PbI 3）的化学稳定性，使其成为可能的强大和可重复的四端（4 T）的电气测量。结果表明，该材料具有明显的单指数离子迁移动力学特性，这是其独特的4 T I-V特性的基础。动态直接验证的瞬态离子电流的实时测量。我们的观察结果与光活化和场辅助离子迁移是一致的。所阐明的固有离子动力学可以为理解和模拟基于金属卤化物的电子器件中普遍存在的滞后提供物理基础，并为金属卤化物钙钛矿和混合物中离子迁移的动力学提供新的见解。
2022-10-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic structure of (organic-)inorganic metal halide perovskites: the dilemma of choosing the right functional
有机-无机金属卤化物钙钛矿（HaPs）因其捕光性能而被广泛研究。由于强的电子-电子相互作用和自旋-轨道耦合（SOC）之间的相互作用，它们的定量理论描述仍然是一个挑战，如文献中的各种结果所证明的。在这里，各种方法计算其电子结构进行评估，也占SOC。更具体地说，GW的方法以及混合泛函PBE 0和HSE的变体是我们的调查的中心。对于这两个泛函，我们探索的方法来确定混合参数$α$，和HSE，我们调查的筛选参数$ω$的影响。一个广泛的调查，PbI 2，许多HaPs的前体，导致的结论是，混合泛函与$α$调整的基于密度的混合方法是最适合于获得带隙可比的$G_0W_0$的结果。此外，该方法可转移到CsPbI 3，并且对于整个铅-碘钙钛矿家族预期相同的行为。
2021-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Homogenization of Halide Distribution and Carrier Dynamics in Alloyed Organic-Inorganic Perovskites
通过有机和无机阳离子合金化，Percent太阳能电池显示出超过22%的显着效率。然而，碱金属阳离子的作用还没有得到很好的理解。通过使用基于同步辐射的纳米X射线荧光和互补测量，我们表明，当添加RbI和/或CsI的卤化物分布变得均匀。这种均匀化转化为长寿命的载流子衰减，空间均匀的载体动力学可视化的超快显微镜，以及改善的光伏器件性能。我们发现，Rb和K相分离在高度集中的聚集体。基于同步辐射的X射线束感应电流和电子束感应电流的研究表明，Rb团簇对电流没有贡献，是复合活性的。我们的研究结果揭示了钙钛矿中碱金属卤化物的有益作用，并指出了这些复杂钙钛矿的元素组成中的薄弱领域，为提高这一快速增长的太阳能电池应用材料家族的性能铺平了道路。
2018-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Opto-thermal transport engineering in hybrid organic-inorganic lead halide perovskites metasurfaces
近年来，卤化物钙钛矿因其优异的光电性能而受到广泛关注，并被广泛的光谱研究所阐明。在这篇文章中，使用软光刻的纳米光子表面工程已被用于复制具有增强功能的纳米结构。采用基于拉曼光谱和光致发光（PL）光谱的非侵入式光学技术研究了表面图案化的有机-无机卤化物钙钛矿薄膜的热行为和光学行为的交互作用。工程钙钛矿薄膜的热物理性质是从样品的拉曼光谱和PL光谱中的代表性峰位置的软化提取的，其作为温度标记。研究表明，图案化薄膜的局部温度升高相对较高，这是由于其增强的吸收。因此，建立了压印钙钛矿薄膜中的光热传输现象之间的串扰，该串扰与增强器件性能以及保持器件稳定性有关。
2021-06-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Layered structures of organic/inorganic hybrid halide perovskites
有机-无机混合卤化物钙钛矿（其中ABX $_3$钙钛矿的A阳离子被有机阳离子替代）可用于光伏和太阳能热电应用。在这篇文章中，我们系统地研究了三种无铅混合钙钛矿，即，碘化甲基铵锡CH $_3$ NH $_3$ SnI $_3$、碘化铵锡NH $_4$ SnI $_3$和碘化甲酰胺锡HC（NH $_2$）$_2$ SnI $_3$。我们发现，除了通常已知的图案，其中角共享的SnI $_6$八面体形成一个三维网络，这些材料也可能有利于一个二维（分层）的图案，由交替层的SnI $_6$八面体和有机阳离子形成。这两个基序的自由能几乎相等，并且被低势垒分开。这些层状结构的特点是在带边附近有许多平坦的电子带，这使得它们的电子结构明显不同于由SnI $_6$八面体三维网络组成的结构相。此外，由于HC（NH $_2$）$_2$ SnI $_3$的电子结构与CH $_3$ NH $_3$ SnI $_3$的电子结构非常相似，因此碘化甲酰胺锡在碘化甲铵锡中也有应用前景.
2016-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Mixed Organic Cation in Chiral Two-Dimensional Organic-Inorganic Hybrid Metal Halides: An ab-initio Study of Nonlinear Optical (NLO) Properties
Fujian Institute of Research on the Structure of Matter (FJIRSM), Chinese Academy of Sciences (CAS)（中国科学院福建物质结构研究所）；Anna University（安娜大学）；Sivas Cumhuriyet University（锡瓦斯恰姆别特大学）；CNR-SPIN（意大利国家研究委员会自旋电子学中心）
本研究通过从头计算分析了手性二维有机-无机混合金属卤化物中混合有机阳离子对非线性光学性质的影响，发现其具有宽带隙、强二次谐波生成响应和中等双折射，可能用于非线性光学材料。
2026-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Radiation-induced Instability of Organic-Inorganic Halide Perovskite Single Crystals
University of Toronto（多伦多大学）；Canadian Light Source（加拿大光源）
本研究通过电子和X射线束探讨了有机-无机卤化物钙钛矿单晶在辐射下的不稳定性，揭示了有机成分挥发导致的裂纹与组成变化，并提出了基于体积应变的机理。
2026-01-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic properties of layered hybrid organic-inorganic metal-halide perovskites: transition metal, organic cation and perovskite phase effects
本研究系统探究过渡金属、有机阳离子和钙钛矿相对层状杂化钙钛矿磁性的影响，发现化学灵活性可用于设计具有定制磁性的新型层状材料。
2024-04-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Temperature-Dependent Chirality in Halide Perovskites
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；University of Twente（特文特大学）
研究通过二维金属卤化物钙钛矿中的手性有机阳离子诱导手性，发现温度影响手性光学和自旋选择性输运性质，通过分子动力学模拟揭示手性特征随温度变化的机制。
2024-08-08 cond-mat.mtrl-sci
Are Mobilities in Hybrid Organic-Inorganic Halide Perovskites Actually 'High'?
我们提出了一个典型的杂化有机-无机钙钛矿（HOIP）的电子载流子迁移率的实验和理论的观点。虽然这些迁移率通常被引用为高，但对它们的评论表明，尽管HOIP的半导体性质令人印象深刻，但大多数太阳能电池中使用的HOIP的迁移率实际上并不那么高。如果将它们与其他高效太阳能电池中使用的无机半导体进行比较，这一点尤其明显。我们严格审查可能的原因，并专注于在室温下活跃的电子晶格耦合机制，并可能导致载流子散射。从这一点，我们提出散射由于声学声子或极化子作为可能的原因，但也指出了这些在文献中的额外的实验和理论研究结果的困难。在这个方向上的进一步研究将有助于使HOIP太阳能电池比现在更有效。
2015-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Direct Measurement of the Exciton Binding Energy and Effective Masses for Charge carriers in an Organic-Inorganic Tri-halide Perovskite
基于有机-无机三卤化物钙钛矿族材料的太阳能电池最近已经显示出显著的进展，提供了从非常简单的加工设备获得低成本太阳能的前景。理解这些器件的基本操作是激子结合能，这已被证明是既难以直接测量和争议。我们证明，通过使用非常高的磁场，它是可能的，使一个准确和直接的光谱测量的激子结合能，我们发现在低温下只有16毫电子伏，超过三倍小于以前假设的。在室温阶段，我们表明，结合能下降到甚至更小的值，只有几个millionelectronvolts，这解释了他们出色的器件性能，由于自发的自由载流子产生光吸收。此外，我们确定激子约化有效质量为0.104me（其中me是电子质量），显著小于先前的实验估计，但与最近的计算结果吻合良好。我们的工作提供了有关这些材料的电子物理学的重要信息，这反过来又可以改善光电子器件的操作和更好地理解它们的电子特性。
2015-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Bond polarizability as a probe of local crystal fields in hybrid lead-halide perovskites
本研究利用有机阳离子极化率对静电环境的敏感性，通过红外光谱测量C/N–H键伸缩模式，探测铅卤钙钛矿中的局域晶体场并估算氢键强度，为理解材料内部电场提供了新途径。
2023-09-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Effect of heterostructure engineering on electronic structure and transport properties of two-dimensional halide perovskites
有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池由于其低成本制造、灵活性和高功率转换效率而引起了人们的广泛关注。最近的努力表明，从三维到二维（2D）的有机-无机卤化物钙钛矿的减少有望提供一个令人兴奋的机会来调整其电子特性。在这里，我们探讨了降维和异质结构工程的内在材料性能，如能量稳定性，带隙和输运性能的二维混合有机-无机卤化物钙钛矿使用第一性原理密度泛函理论的效果。我们表明，能量稳定性显着增强工程钙钛矿异质结构，也具有良好的传输特性类似于他们的散装同行。这些层状化学物质还展示了宽范围的可调谐带隙和可见光谱中的高吸收系数的优点。所提出的二维异质结构材料具有用于纳米光电子器件以及有效的光电子器件的潜力。
2021-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Pressure induced band structure evolution of halide perovskites: a first-principles atomic and electronic structure study
基于密度泛函理论（DFT）的计算已经进行，以绘制有机和无机卤化物钙钛矿材料的各个相中的压力诱导的能带结构演化的宽图。在较宽的压力范围内，观察到不同相的有机和无机钙钛矿之间具有不同的能带结构行为，包括带隙的大小变化、直接-间接/间接-直接带隙转变以及CBM/VBM位移。通过原子结构和电子结构计算，通过晶体轨道耦合变换解释了禁带变窄/变宽的合理性;基于结构对称性演化解释了直接-间接相互跃迁;分析了有机和无机钙钛矿之间不同的VBM/CBM位移行为，重点关注八面体外分子/原子的取向和极性。这些结果为钙钛矿材料压力工程的进一步实验研究提供了全面的指导。
2018-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Thickness-dependent optical properties of layered hybrid organic-inorganic halide perovskites: A tight-binding GW-BSE study
我们提出了一个多体计算的能带结构和光谱的层状混合有机-无机卤化物钙钛矿在Ruddlesden-Popper相与通式A $^{'}_{2}$ A $_{n-1}$ M $_{n}$ X $_{3n+1}$，特别是碘化铅家庭。我们计算的平均场的带结构与自旋轨道耦合，准粒子的GW近似内的修正，和光谱使用的Bethe-Salpeter方程。该模型是参数化的第一性原理计算和经典的静电屏蔽，使大的单位细胞和相应的厚度依赖性的性能的准确，但具有成本效益的研究。随着$n$的增加，电子和光学性质从准二维行为向三维行为转变，并分析了激子里德堡系列的非氢性质.厚度依赖的1 s和2s激子能级与最近报道的实验结果吻合良好，1 s激子结合能计算为302 meV的$n=1$，97 meV的$n=5$，和37 meV的$n=\infty$（散装MAPbI 3）。
2019-08-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Mechanical response of butylamine based Ruddlesden Popper organic-inorganic lead halide perovskites
2D Ruddlesden Popper钙钛矿因其特殊的光学和电子特性而被广泛研究，而只有少数研究揭示了其机械性能。现有的文献主要讨论单晶钙钛矿的机械强度，但对二维钙钛矿薄膜的结构可调性的系统研究还很缺乏。在这项研究中，我们报告了使用纳米压痕技术的丁基铵基的2D，准2D钙钛矿和3D钙钛矿的弹性模量的无机层的数量“n”的效果。实验结果也得到了证实，使用第一性原理密度泛函理论计算。了解2D Ruddlesden Popper钙钛矿薄膜与传统3D钙钛矿相比的机械行为，提供了对原子层相关性质的有趣见解，并为下一代机械耐用的新型器件铺平了道路。
2021-06-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Simulations of Trions and Biexcitons in Layered Hybrid Organic-Inorganic Lead Halide Perovskites
表现得像具有不可忽略的介电对比度的原子精确的二维量子阱，分层HOIP具有强的电子相互作用，导致紧密结合的激子，其结合能在500 meV的量级上。这些强相互作用表明，更大的激子复合物，如三激子和双激子，这是很难研究数值由于层状HOIP的复杂性的可能性。在这里，我们提出和parameterized模型哈密顿激子复合物在层状HOIP和我们研究的相关本征函数的trions和双激子使用扩散蒙特卡罗和非常大的变分计算明确相关的高斯基函数相结合。这些复合物的结合能和空间结构作为层厚度的函数。最薄的层状HOIP的trion和双激子的结合能分别为35毫电子伏和44毫电子伏，而一个单一的剥离层被预测具有trion和双激子具有相等的结合能为48毫电子伏。我们将我们的研究结果与现有的实验数据和其他准二维材料进行比较。
2020-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Optical absorption of angulon in metal halide perovskites
基于改进的Devreese-Huybrechts-Lemmens模型，从理论上研究了金属卤化物钙钛矿（MHP）中角量子的光吸收，其中准粒子角量子态的形成起源于有机阳离子在MHP无机八面体笼中的旋转.我们发现当入射光子的能量与角动量的量子能级相匹配时，会出现共振光吸收峰。此外，吸收强度还取决于声子角动量的量子态。这些理论结果为研究多体环境中转动分子的角动量重新分布提供了重要的理论依据。
2023-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic structure of metal-halide perovskites from first principles: The chicken-and-egg paradox of the organic-inorganic interaction
我们用相对论密度泛函理论研究了有机-无机杂化钙钛矿CH_3NH_3PbI_3及其三个近亲CH_3NH_3SnI_3、CH_3NH_3PbCl_3和CsPbI_3。长程范德华力（vdW）相互作用被纳入Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）交换相关功能使用Tkatchenko-Scheffler成对计划。我们的研究结果表明，氢键，这是很好地描述了PBE功能，这些系统的结构参数，包括有机阳离子的位置和取向，以及无机框架的变形起着决定性的作用。无机骨架变形的大小敏感地依赖于有机阳离子的取向，并直接影响杂化钙钛矿的稳定性。我们的研究结果表明，有机和无机组分相互补充：有机阳离子的低对称性是无机骨架变形的起源，这有助于混合钙钛矿结构的整体稳定。这种稳定性是间接影响vdW相互作用，这导致更小的晶胞体积比PBE，因此调制的有机阳离子和无机框架之间的相互作用。VDW引起的晶格常数修正是系统相关的，并导致PBE+VDW晶格常数与实验符合得很好。通过分析vdW的贡献，获得了进一步的见解。在所有基于碘化物的混合钙钛矿中，有机阳离子和碘阴离子之间的相互作用提供最大的晶格常数变化，其次是碘-碘和有机阳离子-重金属阳离子相互作用。这些修正遵循在我们的研究中考虑的范围内的晶格常数几乎线性的依赖关系，因此近似添加剂。
2016-03-12 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-driven wavefunction localization promotes room-temperature, pure single-photon emission in large organic-inorganic lead-halide quantum dots
研究发现在软性APbBr3胶体量子点中A位阳离子通过非谐晶格振动诱导激子波函数局域化，无需缩小尺寸即可实现室温下高亮度、高稳定性和高纯度的单光子发射，为可扩展量子光源提供新途径。
2024-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Perspective: Theory and simulation of hybrid halide perovskites
有机-无机卤化物钙钛矿对第一原理原子材料建模提出了许多挑战。这些“塑性晶体”具有跨越多个长度尺度和时间尺度的动态过程，其中包括：（一）慢离子和快电子的输运;（二）声子寿命短的高度非谐晶格动力学;（三）平均晶体空间群的局部对称性破缺;（四）强相对论性（自旋-轨道耦合）对电子能带结构的影响;（v）热力学亚稳态和快速化学击穿。这些问题，影响太阳能电池的操作，概述了在这个角度。我们还讨论了对这些材料进行定量和预测模拟的一般准则，这些材料与金属有机框架和其他混合半导体，介电和铁电化合物有关。
2017-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Local polar fluctuations in lead halide perovskite crystals
混合铅-卤化物钙钛矿已经成为一类优秀的光伏材料。最近的报告表明，有机分子阳离子是负责当地的极性波动，抑制载流子复合。我们结合低频拉曼散射与第一性原理分子动力学（MD）研究这些局部极性波动的基本性质。我们在混合（CH $_3$ NH $_3$ PbBr $_3$）和全无机（CsPbBr $_3$）卤化铅钙钛矿中观察到强中心峰，表明非谐局部极性波动是一般卤化铅钙钛矿结构所固有的，而不是偶极有机阳离子所特有的。分子动力学模拟表明，头对头Cs运动耦合Br面膨胀，在几百飞秒的时间尺度上，驱动局部极性波动CsPbBr $_3$。
2017-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Single-orbital tight-binding model for chiral one-dimensional hybrid organic-inorganic lead halide perovskites
Waseda Institute for Advanced Study, Waseda University（早稻田大学先进研究院）；Institute for Materials Research, Tohoku University（东北大学物质材料研究所学）；Department of Chemistry and Biochemistry, School of Advanced Science and Engineering, Waseda University（早稻田大学理工学术院化学·生物化学系）；Department of Applied Physics, Tokyo University of Science（东京理科大学应用物理系）
该研究针对手性一维有机-无机混合铅卤化物钙钛矿提出单轨道紧束缚模型，由原胞位点的单个有效轨道构建，含多种自由度，能再现能带色散与自旋分裂，还分析了偶然简并性，为理解其电子结构及相关响应提供起点。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Mapping the Pathways of Photo-induced Ion Migration in Organic-inorganic Hybrid Halide Perovskites
有机-无机杂化钙钛矿（OIHP）由于其可调谐性和低制造成本而具有优异的光伏和光电性能，具有基本的和实际的兴趣。然而，对于实际应用，需要理解和解决诸如材料不稳定性和光暴露下钙钛矿太阳能电池中发生的光电流滞后等挑战。虽然广泛的研究表明，离子迁移是这些有害影响的一个合理的起源，离子迁移途径的详细了解仍然难以捉摸。在这里，我们报告的表征光诱导离子迁移在OIHPs使用\textit{in situ}激光照射内的扫描电子显微镜，加上次级电子成像，能量色散X射线光谱和阴极发光与不同的初级电子能量。使用甲基铵碘化铅（MAPbI $_3$），甲脒碘化铅（FAPbI $_3$）和混合甲脒-甲基铵碘化铅作为模型系统，我们观察到光诱导的长距离迁移的卤素离子超过数百微米，并阐明了各种离子的运输途径都在表面附近和内部的OIHP，包括铅离子的垂直迁移的一个令人惊讶的发现。我们的研究为OIHP中的离子迁移过程提供了见解，可以帮助OIHP材料在未来应用中的设计和加工。
2022-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Lattice vibrations and dynamic disorder in two-dimensional hybrid lead-halide perovskites
通过非共振拉曼光谱和密度泛函理论计算，我们测量并归属了两种二维碘化铅钙钛矿衍生物的振动光谱.选择这两个样品是为了探测有机阳离子对晶格动力学的影响。一种模板阳离子由苯基取代的铵衍生物组成，而另一种包含直链烷基。我们发现，直接涉及的有机阳离子的模式更普遍的苯基取代的衍生物。的拉曼光谱的温度依赖性的比较揭示了动态无序的性质的差异，具有强烈的依赖于有机部分的分子性质。
2018-12-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Spin Dynamics in Hybrid Halide Perovskites -- Effect of Dynamical and Permanent Symmetry Breaking
本研究通过第一性原理密度矩阵动力学方法，揭示了混合卤化物钙钛矿中自旋寿命各向异性的机制，并提出了控制与优化自旋输运的策略。
2024-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Engineering magnetism in hybrid organic-inorganic metal halide perovskites
本文探讨了混合有机-无机金属卤化物钙钛矿的磁性特性及其作为低维磁性材料的应用潜力，总结了制备、理解和探索磁性钙钛矿的进展，并指出未来研究方向。
2026-03-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Stabilization of lead-free bulk CsSnI$_3$ perovskite thermoelectrics via incorporating of TiS$_3$ nanoribbon clusters
本研究针对低温热电材料需求，探究将低维TiS$_3$掺入块体CsSnI$_3$钙钛矿的效果，发现少量添加可提升结构稳定性、抑制氧化并稳定电学性能，为稳定该钙钛矿热电性能提供了新途径与宝贵见解。
2024-05-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Calculating the Circular Dichroism of Chiral Halide Perovskites: A Tight-Binding Approach
本文提出DFT参数化的紧束缚模型，以低计算成本计算手性卤化物钙钛矿的圆二色性，并揭示金属卤化物层内的结构螺旋性决定CD大小，为预测新型光电材料提供了有效工具。
2023-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of phonon directionality and emission polarization in two-dimensional layered metal halide perovskites
本研究通过偏振与角分辨拉曼光谱等手段，揭示二维层状金属卤化物钙钛矿中低频声子的高度方向性，证明发射过程涉及多个声子带，且有机阳离子类型会调控材料的光学与振动特性。
2024-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomistic origins of high-performance in hybrid halide perovskite solar cells
有机金属钙钛矿太阳能电池的性能已经迅速超过了传统的染料敏化和有机光致发光。高功率转换效率可以在介孔和薄膜器件架构中实现。我们解决了这一成功的起源的背景下，材料化学和物理的大块钙钛矿所描述的电子结构计算。除了对于高效光伏器件必不可少的基本光电性质（光谱上合适的带隙、高光学吸收、低载流子有效质量）之外，材料在结构和组成上是柔性的。正如我们所展示的，混合钙钛矿表现出自发的电极化，我们还提出了通过明智地选择有机阳离子来调节的方法。铁电畴的存在将导致内部结，其可有助于光激发的电子和空穴对的分离，并通过载流子的分离减少复合。高介电常数和低有效质量的组合促进了Wannier-Mott激子分离和施主和受主缺陷的有效电离。在纳米结构薄膜中可以利用光铁性效应来产生更高的开路电压，并且可能有助于在钙钛矿太阳能电池中观察到的电流-电压滞后。
2014-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Halide Perovskites: Fundamental Theory and Materials Design
混合有机-无机卤化物钙钛矿已经成为一种颠覆性的新材料，表现出广泛的光电应用，最值得注意的是光电子学的最佳性能。2012年，第一份关于高效有机-无机钙钛矿太阳能电池的报告标志着光伏研究的新时代，报告称其功率转换效率超过10%。在这一发现仅仅五年之后，钙钛矿光伏器件已经达到了22.7%的认证效率，使其成为第一个超越薄膜和多晶硅太阳能电池的可溶液加工技术。钙钛矿太阳能电池的显著发展归功于有机-无机铅卤化物钙钛矿理想的光电性能。原型化合物甲基铵碘化铅CH 3 NH3 PbI 3是一种直接带隙半导体，具有可见光带隙、高载流子迁移率、长扩散长度和低激子结合能。由于这些理想的性质，CH 3 NH3 PbI 3也引起了人们对光致发光以外的许多其他应用的兴趣，例如发光器件，激光器，光催化剂和晶体管。金属卤化物钙钛矿光电子学的持续发展不仅依赖于对该类材料的电子和光学特性的详细了解，还依赖于通过控制化学成分等参数来调整其特性的实用策略的开发。在这种情况下，从头计算模型可以发挥关键作用，提供一个物理解释的实验测量，并指导设计的新的卤化物钙钛矿定制性能。在本章中，我们将介绍我们的计算建模组对这一快速发展的研究领域的贡献。
2018-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Common acoustic phonon lifetimes in inorganic and hybrid lead halide perovskites
有机-无机卤化铅钙钛矿中的声学声子已被报道在布里渊区的大部分上具有非常短的寿命。由此产生的声子的缩短的平均自由程已被牵连作为低热导率的起源。我们应用中子能谱表明，相同的声学声子能量线宽加宽（对应于缩短的寿命）发生在完全无机CsPbBr $_{3}$通过比较有机-无机CH $_{3}$ NH $_{3}$ PbCl $_{3}$的结果。我们研究了CsPbBr $_{3}$的立方$Pm\overline{3}m$布里渊区的三个区域边界附近的临界动力学，并发现在动量点处的能量和动量加宽的动力学，其中Cs位（$A$位）运动对截面有贡献。中子衍射是用来确认，无论是Cs和Br网站有异常大的热位移与各向异性，反映了低温结构的扭曲。有机分子的存在对于在远离卤化铅钙钛矿中的区域中心的动量转移处破坏低能声学声子不是必需的，并且这种阻尼可以由$A$位点上的大位移或可能的无序驱动。
2019-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Layertronic control of topological states in multilayer metal-organic frameworks
我们研究了多层金属有机框架（MOFs）中二维态的层局域控制。对于有限堆叠的（NiC 4S 4）3 MOFs，相邻层之间的弱范德华耦合导致费米能级依赖的单层中的电子态的分布。这种分布反映在多层纳米带的拓扑边缘状态。此外，通过施加平行于堆叠方向的外部电场，可以针对选定的费米能量控制电子态的空间定位。通过比较密度泛函理论计算与戈薇晶格紧束缚模型来研究这种局域化行为。此外，对于无限堆叠的纳米带，一个新的V沟狄拉克态被发现在侧表面，这使得各向异性电流控制通过调整费米能量。我们的结果可以立即扩展到其他kagome MOFs与重叠堆叠，引入一个新的自由度（层本地化）的材料设计。
2019-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Characterization of the Ammonium Bending Vibrations in Two-Dimensional Hybrid Lead-Halide Perovskites from Raman Spectroscopy and First-Principles Calculations
二维有机-无机杂化钙钛矿（2D HOIPs）的易合成性和电子性质使得这些自组装体系成为一类重要的能源材料。这些材料的基本构建块包括通常由卤化铅八面体和具有铵官能团的有机分子组成的无机晶格框架。了解无机层和有机层之间的耦合是解开2D HOIP的电子性质与其结构之间关系的关键。在这项工作中，我们利用拉曼光谱测量和第一性原理计算来表征四个2D HOIP中的拉曼活性模式：己基铵碘化铅[（HA）$_2$ PbI $_4$，HA = C $_6$ H $_{13}$ NH $_3^+$ ]，己基铵溴化铅[（HA）$_2$ PbBr $_4$ ]，丁基铵碘化铅[（BA）$_2$ PbI $_4$，BA = C $_4$ H $_9$ NH $_3^+$ ]和苄基铵碘化铅[（BNA）$_2$ PbI $_4$，BNA = C $_6$ H $_5$ CH $_2$ NH $_3^+$ ]。我们专注于1400-1600 cm $^{-1}$范围内的分子成分的拉曼强度是最强的，并分配在实验中观察到的主要峰作为铵弯曲振动。我们采用密度泛函微扰理论的基础上的局域密度近似和冻结声子的方法的基础上的vdw-DF-cx功能找到定量的实验和计算的拉曼光谱之间的协议。此外，通过比较孤立的分子阳离子与附近的铅卤化物集群的振动光谱，我们显示了无机晶格框架调制的有机阳离子的振动特性。我们的结论是，拉曼活性的铵弯曲模式的性…
2020-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Disorder and Anharmonic Fluctuations on the Dynamical Rashba Effect in Purely Inorganic Lead-Halide Perovskites
用铯掺杂有机金属卤化物钙钛矿可能是稳定高效钙钛矿太阳能电池的最佳解决方案。因此，理解有机分子和无机晶格各自的作用对于优化混合阳离子结构的物理性质至关重要。特别是，重组机制的研究被认为是充分理解其工作原理的关键挑战之一。使用分子动力学和冻结声子，我们的证据亚皮秒非谐波动的完全无机$CsPbI_3$钙钛矿。我们揭示了这些波动的影响，结合自旋轨道耦合，电子能带结构，证明了动态Rashba效应。我们的研究表明，在一定条件下，空间无序可以淬灭Rashba效应。至于时间无序，我们证明了一个动态的Rashba效应，这是类似的发现$MAPbI_3$，这仍然是相当大的，尽管温度紊乱，大型研究超晶胞，和没有有机阳离子的运动。我们发现，与Rashba分裂的自旋织构不能被视为负责的复合率的一致减少，虽然价带和导带之间的自旋失配增加与铁电体畸变引起的Rashba分裂。
2018-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Electric field and strain induced Rashba effect in hybrid halide perovskites
使用第一性原理密度泛函理论计算，我们显示了如何Rashba型能带分裂的混合有机-无机卤化物钙钛矿APbX $_3$（A=CH $_3$ NH $_3^+$，CH（NH $_2$）$_2^+$，Cs $^+$和X=I，Br）可以调谐和增强与电场和各向异性应变。特别是，我们证明了Rashba分裂的四氢呋喃（CH $_3$ NH $_3$）PbI $_3$的大小增长与有机阳离子和电极化的强度的宏观排列，表明可观的可调谐性与实验可行的应用领域，即使在室温下。此外，我们量化了这种效果可以通过在A和X位点的化学取代来调节的程度，这改变了直接影响Rashba分裂的无机PbX $_3$笼的不同极性畸变模式的振幅。此外，我们预测，极性相CsPbI $_3$和（CH $_3$ NH $_3$）PbI $_3$具有$R3c$对称性具有相当大的Rashba分裂可能是可访问的，在室温下通过各向异性应变诱导的外延，即使在没有电场。
2016-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Molecular encapsulation from the liquid phase and graphene nanoribbon growth in carbon nanotubes
从封装在碳纳米管中的有机小分子生长石墨烯纳米带可以产生具有均匀宽度和手性的产物。我们提出了一种方法的基础上封装的1，2，4-三氯苯从液相和随后的退火。该过程产生几十纳米长的石墨烯纳米带。通过拉曼光谱在宏观样品上和在纳米尺度上通过尖端增强拉曼散射和高分辨率透射电子显微镜图像证明了纳米带的存在。
2022-09-16 cond-mat.mtrl-sci
Exciton-polaron spectral structures in two dimensional hybrid lead-halide perovskites
由于电子和介电约束效应，二维有机-无机杂化钙钛矿在室温下维持强束缚激子。在这里，我们证明，有不可忽略的贡献，是特定的晶格结构和极性波动，这两者都是通过有机抗衡阳离子的化学性质控制的激子相关性。我们提出了一个唯象的，但定量的框架来模拟激子吸收线型的单层有机-无机混合钙钛矿，基于二维Wannier形式主义。我们包括四个不同的激子状态分开的$35\pm5$ \，meV，和额外的振动进行。有趣的是，相关的黄-里斯因子和相关的声子能量随温度和有机阳离子的性质而变化。这表明了线形的混合性质，具有Wannier形式主义很好地描述的形式，但具有与局部振动的强耦合的特征，以及通过激子相关性感知的极化效应。我们的工作突出了这类纳米结构材料激子性质的复杂性。
2020-04-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Dynamic Symmetry Breaking and Spin Splitting in Metal Halide Perovskites
金属卤化物钙钛矿表现出不同于传统无机和有机半导体的材料物理学。虽然诸如CH 3 NH3 PbI 3的材料是非磁性的，但是在非中心对称晶体环境中重元素（Pb和I）的存在通过Rashba-Dresselhaus效应导致前沿电子带的显著自旋分裂。我们表明，从结合\textit{ab initio}分子动力学，密度泛函理论，和相对论准粒子\textit{GW}理论，带分裂的性质（幅度和方向）取决于周围的铅和我的网站在钙钛矿结构的局部不对称性。由于Pb（II）6s $^{2}$ 6p $^{0}$离子的热无序和动态孤对不稳定性，电势波动随时间变化。我们发现，有机-无机CH 3 NH3 PbI 3和无机CsPbI 3化合物出现相同的物理。这些结果与这些化合物的化学物理学有关，并且预期对其他含碘化铅的钙钛矿具有普遍意义。
2017-11-01 cond-mat.mtrl-sci
