Polaron-enhanced polariton nonlinearity in lead halide perovskites
激子-极化激元相互作用产生的强有效光学非线性效应为实现全光集成逻辑门提供了一个通用的平台。在目前大多数激子材料中,激子对热波动的鲁棒性与激子-激子相互作用的强度之间存在直接联系,使得具有最高水平的激子非线性的材料仅适用于低温温度。在这里,我们表明,强极化效应,钙钛矿材料的特点,允许克服这一限制。也就是说,我们证明了纳米结构的有机-无机卤化物钙钛矿MAPbI $_3$的非线性光学响应的创纪录的高值,实验检测为飞秒激光照射下的极化激元分支的19.7 meV蓝移。这显著高于基于传统半导体和过渡金属二硫属化物单层的样品的特征值。所观察到的强极化子增强的非线性存在的四晶和正交相的MAPbI $_3$,并保持稳定,在高温下。
2022-09-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Observation of Rydberg exciton polaritons and their condensate in a perovskite cavity
半光半物质激子极化激元在半导体光学腔中的凝聚是固态平台中宏观量子相干性的一个显著例子。量子相干性只有在激子成分提供的激子极化激元之间存在强相互作用时才有可能。高主值里德伯激子在冷原子中表现出较强的偶极-偶极相互作用。然而,激子成分为激发态的极化激元,即里德堡激子极化激元(REP),尚未在实验上观察到。在这里,我们第一次观察到在没有任何外部场的情况下,在单晶CsPbBr 3钙钛矿腔中形成REP。这些极化激元表现出强烈的非线性行为,导致相干极化激元凝聚体具有显著的蓝移。此外,CsPbBr 3中的REP是高度各向异性的,并且具有大的消光比,这是由钙钛矿的正交晶体结构引起的。我们的观测不仅揭示了高阶激发态相干极化激元系统中多体物理的重要性,而且为探索这些相干相互作用在固态量子光学信息处理中的应用奠定了基础.
2019-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitonic-trion population in two-dimensional halide perovskites
本研究针对二维卤化物钙钛矿高激子结合能下仍有高载流子密度的现象,推导求解萨哈方程分析其激子复合物准平衡布居,发现室温下三激子是载流子主要形式,并提出三激子隧穿跳跃的新型电荷输运机制。
2024-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton-polariton stimulated scattering in hybrid halide perovskites
本研究在MAPbBr$_3$钙钛矿中实验和理论上证实了室温下激子-极化激元受激声子辅助散射,表现为发射强度爆炸增长、红移和光谱变窄。
2024-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton-Selective Phonon Coupling in a Lead Halide Perovskite
Indian Institute of Science Education and Research(IISER), Pune(印度科学教育研究院(浦那));Indian Institute of Science, Bangalore(印度科学学院(班加罗尔))
研究通过光致发光、拉曼和反射光谱揭示卤化铅钙钛矿中高能激子和拉比激子伴随不同声子副本系列,表明激子-声子耦合的特异性。
2026-02-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin injection of exciton-polaritons with halide perovskites at room temperature
Universidad Autónoma de Madrid(马德里自治大学);Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC)(马德里材料科学研究所);Condensed Matter Physics Center (IFIMAC)(凝聚态物理中心);Instituto Nicolás Cabrera(尼古拉斯·卡布雷拉研究所)
研究利用单片Tamm-表面等离激元微腔及二维卤化物钙钛矿薄膜实现室温下激子极化子的自旋注入,通过角分辨光谱揭示色散,在特定激发下实现自旋保留,为极化子器件自旋控制提供见解。
2026-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exciton Energy Routing via Defect Networks in hBN/2D-Perovskite Hybrids
Kiel University(基尔大学);Tarbiat Modares University(塔比阿特·莫达雷斯大学);University of Stuttgart(斯图加特大学);University of Tehran(德黑兰大学)
该研究利用阴极发光光谱证明在hBN与二维Ruddlesden-Popper钙钛矿异质结构中,激子通过耦合hBN缺陷中心及缺陷间相互作用实现最远150微米的超长距离能量转移,并提升发光性能,为室温激子器件开辟新途径。
2025-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Measuring Exciton Fine-Structure in Perovskite Nanocrystal Ensembles
卤化铅钙钛矿纳米晶(PNC)具有独特的光电性能,其中许多来自所谓的亮三重态激子精细结构。测量这种精细结构的一个主要障碍是不均匀的光谱展宽,这限制了大多数实验研究的单光子光谱。它在这里示出的线性偏振的单粒子选择规则在PNCs中被保存在随机取向的合奏的非线性光谱。结合旋转平均的模拟表明,如瞬态吸收和二维相干光谱技术能够解决激子精细结构的PNCs,即使在存在不均匀的加宽和取向无序。
2021-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Unconventional Temperature Dependence of Exciton Diamagnetism in 2D Ruddlesden-Popper Lead Halide Perovskites
本研究发现二维Ruddlesden-Popper钙钛矿中激子半径随温度升高而减小,导致室温下激子结合能显著增加,与3D钙钛矿的猝灭现象形成对比。
2025-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of acoustic-phonon involved exciton spin flip in perovskite semiconductors
本研究提出体相立方相钙钛矿半导体中声学声子辅助激子自旋翻转拉曼散射的理论,阐明其双量子过程机制及磁场影响,可区分该过程与其他两类自旋翻转散射过程。
2024-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defect-related states in MAPbI$_3$ halide perovskite single crystals revealed by the photoluminescence excitation spectroscopy
用光致发光激发光谱研究了5 K温度下MAPbI $_3$卤化物钙钛矿单晶。两种非相互作用类型的状态被确定:束缚激子和缺陷相关的状态。用低于束缚激子共振的光能激发晶体,揭示了复杂的低密度缺陷发射,否则被束缚激子的发射所隐藏。提出了一种分离这些缺陷相关的发光光谱的方法,并对这种发射机制进行了深入的研究。这项研究的结果开辟了卤化物钙钛矿半导体中低密度缺陷和掺杂剂探索的领域。
2020-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron-Hole Binding Governs Carrier Transport in Halide Perovskite Nanocrystal Thin Films
二维卤化物钙钛矿纳米片(NPL)具有优异的发光特性,包括宽光谱可调谐性、超快辐射衰减、高量子产率(QY)和定向发射。为了实现高效的器件,必须了解激子输运在NPL薄膜中的进展。由于电子-空穴对的高结合能,激子通常被认为是负责载流子转移的主要物质。我们采用空间和时间分辨的光学显微镜来绘制15 ° C和50 ° C之间钙钛矿型纳米晶(NC)薄膜中激子扩散的地图。在室温(RT)下,我们发现扩散长度与纳米晶体(NC)的厚度成反比。随着温度的升高,激子扩散下降的所有NC膜,但在不同的速度。这导致特定的温度转换点,在该温度转换点处,较薄的NPL表现出较高的扩散长度。我们把这种反常的扩散行为归因于在我们的温度范围内单个纳米碳内激子和自由电子空穴对的共存。围绕NC的有机配体壳层防止电荷转移。因此,电子-空穴对处于未结合状态的任何时间都会降低FRET介导的NC间转移速率,从而降低总体扩散。这些结果阐明了如何激子扩散进展强烈限制卤化物钙钛矿NC膜,强调光电子器件的关键考虑。
2022-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Excitonic States in Semiconducting Two-dimensional Perovskites
有机/无机杂化钙钛矿已经成为应用于光伏太阳能电池的高效半导体材料,其转换效率高于20%。最近的实验已经合成了超薄二维(2D)有机钙钛矿,其光学性质类似于单层MoS $_2$等2D材料的光学性质:在室温下具有大的激子结合能和激子效应。此外,2D钙钛矿的合成具有潜在的低成本和大规模制造的简单的制造工艺。到目前为止,激子态的最先进的模拟已被限制在大块有机钙钛矿的研究。晶胞中的大量原子和有机分子的复杂作用使得\textit{ab initio}方法的使用效率低下。在这项工作中,我们定义了一个简化的晶体结构来计算二维钙钛矿的光学性质,用无机原子取代分子阳离子。因此,我们可以应用最先进的、无参数的和预测性的\textit{ab initio}方法,如GW方法和Bethe-Salpeter方程,以获得模型2D钙钛矿的激子态。我们发现,2D钙钛矿的光学性质的强烈影响激子效应,结合能高达600毫电子伏。此外,在溴和铅原子处进行光吸收,因此结果对于定性地理解有机2D钙钛矿的光学性质是有用的。
2018-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Band-edge Exciton Fine Structure and Exciton Recombination Dynamics in Single crystals of Layered Hybrid Perovskites
近年来,二维钙钛矿材料在光电子学和光电子学中的应用重新引起了人们的浓厚研究兴趣。由于介电和量子限制效应,它们在室温下表现出强烈的束缚和稳定的激子。本文研究了高质量(PEA)_2PbI_4晶体的带边激子精细结构,特别是激子和双激子动力学。体激子寿命和表面激子寿命的比较得出室温表面复合速度为2 × 10^3 cm/s,本征寿命为185 ns。双激子发射在室温下被证明,具有约45 meV的结合能和80 ps的寿命。在低温下,观察到激子态分裂,这是由电子-空穴交换相互作用引起的。瞬态光致发光解析了低位暗激子态,其亮/暗分裂能量估计为10 meV。这项工作有助于了解二维钙钛矿中的元光激发的复杂情况。
2019-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-Mediated Attractive Interactions between Excitons in Lead-Halide-Perovskites
了解铅卤钙钛矿(LHP)中电子-声子耦合的起源是解释和利用其光学和电子性质的关键。在这里,我们进行飞秒分辨,光泵,电子衍射探针测量,以量化的晶格重组发生在LHP纳米晶体的光激发的结果。发现光激发驱动铅卤化物八面体的倾斜和扭曲的晶格中,变形势耦合到低能量光学声子的结果减少。我们的研究结果表明FAPbBr 3中的耦合特别强,CsPbBr 3中的耦合弱得多,突出了LHP中控制电子-声子耦合的主导机制的差异。我们将FAPbBr 3中增强的耦合归因于其无序的晶体结构,其持续到低温。我们发现重组诱导的每个激子在一个多激子状态建设性地干扰,产生的耦合强度的规模与激子数的平方。这种超线性标度诱导声子介导的吸引力之间的相互作用激发LHP。
2022-03-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bright-dark exciton splitting in lead halide perovskite crystals accessed via quantum beats in photon echoes
Technische Universität Dortmund(多特蒙德工业大学);ETH Zürich(苏黎世联邦理工学院);Empa-Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology(瑞士联邦材料科技与测试局)
通过光子回声中的量子拍现象研究铅卤化物钙钛矿晶体中激子的明亮-暗态分裂及其能级结构。
2026-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of resonant Raman scattering due to spin-flips of resident charge carries and excitons in perovskite semiconductors
我们发展了一个拉曼散射理论,在共振激子区的光激发下,半导体钙钛矿晶体中的局域电子和空穴以及非平衡局域激子的单自旋和双自旋翻转。研究了局域激子、双激子和激子极化激元作为中间态的散射机制,极化激元的自旋翻转拉曼散射是一种新的机制。导出的方程中的不变形式允许一个分析的依赖性的初始和散射光的偏振和外部磁场的方向上的散射效率。
2022-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelastic exciton splitting in hybrid perovskite nanowalls
Indian Institute of Science Education and Research, Bhopal(印度科学教育研究所博帕尔分校);Institute of Materials Science of Seville (CSIC-US)(塞维利亚材料科学研究所);S.N. Bose National Centre for Basic Sciences(S.N. 玻色基础科学国家中心)
研究混合钙钛矿纳米壁中铁弹性对称性破缺对激子态的影响,利用掠角沉积制备纳米壁并结合多种光谱技术,观察到不同温度下的激子分裂及耦合现象,揭示了铁弹性织构和相共存可改变激子-晶格耦合,实现对称选择性光学响应。
2026-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon couplings inherent in polarons drive exciton dynamics in two-dimensional metal-halide perovskites
我们报告的激子形成和弛豫动力学光载流子注入后,在一个单层的二维碘化铅钙钛矿。我们用时间分辨光致发光和瞬态吸收光谱研究了四种不同激子共振的时间演化,发现在5,K时,在$\lesssim$ 1-ps时间尺度上形成一个激子子集,这些激子随后在$\sim$ 5- 10,ps弛豫为低能激子,并在$<$ 100,K以上有明显的温度依赖性.我们实现了模式投影分析,确定所有观察到的声子与频率$\leq$ 50\,cm $^{-1}$激子间非绝热耦合,这反过来又决定了激子弛豫率的相对贡献。这种分析排名的声子,参与极化晶格畸变的激子相互转换动力学的相对贡献,从而建立它们的作用在激子状态的非绝热混合,这在激子弛豫速率。
2019-08-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Exciton diffusion in two-dimensional metal-halide perovskites
其中无机层通过有机间隔分子稳定的二维钙钛矿作为常规三维金属卤化物钙钛矿的更稳健的类似物正吸引越来越多的关注。然而,降低钙钛矿维度会显著改变其光电性质,产生由被称为激子的束缚电子-空穴对主导的激发态,而不是由其本体对应物常见的自由载流子主导。尽管人们对用于光捕获和光发射应用的二维钙钛矿越来越感兴趣,但激子性质对其光电性质的全部影响仍然不清楚,特别是关于二维(2D)平面内激子的空间动力学。在这里,我们提出了直接测量的平面激子输运在单晶层状钙钛矿。使用时间分辨荧光显微镜,我们表明,激子经历一个初始的快速,内在的正常扩散通过晶面,然后过渡到一个较慢的亚扩散制度的激子被困。有趣的是,早期本征激子扩散率敏感地取决于钙钛矿的确切组成,例如有机间隔物的选择。我们将激子输运性质的这些变化归因于强激子-声子相互作用和大激子-极化子的形成。我们的研究结果提供了一个明确的设计策略,以优化激子在这些系统中的传输。
2020-01-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Determination of the exciton binding energy and effective masses for the methylammonium and formamidinium lead tri-halide perovskite family
有机-无机卤化物钙钛矿材料家族由于其高功率转换效率而在光致发光领域中产生了巨大的兴趣。基于原型甲基铵(MA)和最近引入的甲脒(FA)材料的电池已经得到了深入的发展,然而,关于它们的基本电子性质仍然存在相当大的争议。两个最重要的参数是激子的结合能(R $^{*}$)及其约化有效质量$μ$。在这里,我们提出了广泛的磁光研究的Cl辅助生长MAPbI $_{3}$以及MAPbBr $_{3}$和FA为基础的材料FAPbI $_{3}$和FAPbBr $_{3}$。我们将激子态作为类氢原子在磁场中的态进行拟合,并将自由载流子的朗道能级进行拟合,得到R $^{*}$和$μ$。激子结合能的值在低温相中在14 - 25 meV的范围内,并且对于三碘化物在较高温度下显著下降,这与由这些材料制成的所有器件中的自由载流子行为一致。R $^{*}$和$μ$都与带隙近似成比例地增加,并且质量值0.09-0.117 m $_{0}$与能带结构的简单\textbf{k.p}微扰方法一致,该方法可以概括为预测该钙钛矿材料家族的其他成员的有效质量和结合能的值。
2015-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Understanding the Optoelectronic Processes in Colloidal 2D Multi-Layered MAPbBr3 Perovskite Nanosheets: Funneling, Recombination and Self-Trapped Excitons
本文利用飞秒瞬态吸收和时间分辨光致发光研究胶体二维MAPbBr3钙钛矿纳米片,揭示激子漏斗、俄歇复合与自陷激子机制,为LED和激光应用提供理论依据。
2024-09-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Exciton-phonon Coupling Controls Exciton-polaron Formation and Hot Carrier Relaxation in Rigid Dion-Jacobson Type Two-Dimensional Perovskites
本研究结合超快光谱与电子结构计算,揭示刚性Dion-Jacobson型二维钙钛矿中激子的极化子特性,发现定向配体修饰可调控激子-声子耦合等过程,为定制性能的混合半导体开发提供依据。
2023-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature polaron-mediated polariton nonlinearity in MAPbBr3 perovskites
支持激子-极化激元的系统代表具有由激子-激子相互作用提供的强的内置光学非线性的固态光学平台。在具有类氢激子的传统半导体中,非线性率与结合能成反比。这使得激子在室温下稳定,弱相互作用,这显然限制了相应材料的非线性光子学的实际应用的可能性。我们从实验和理论上证明,这些限制可以在混合钙钛矿,如MAPbBr 3由于介导粒子间相互作用的极化子效应的关键作用,大大软化。激子-极化子-极化激元在室温下保持稳定和强相互作用,这是由共振飞秒激光脉冲激发下的较低的极化激元分支能量的大的非线性蓝移证实。我们的研究结果打开了新的视角在环境条件下的激子极化激元非线性的管理。
2022-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Chemical Mapping of Excitons in Halide Double Perovskites
本研究通过GW和Bethe-Salpeter方程计算,揭示了卤化物双钙钛矿中激子结合能随阳离子组合变化跨越多个数量级,并基于DFT电子结构提出了预测激子性质的化学规则。
2023-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Long Exciton Dephasing Time and Coherent Phonon Coupling in CsPbBr$_{2}$Cl Perovskite Nanocrystals
本文利用瞬态共振三脉冲四波混频技术研究CsPbBr₂Cl钙钛矿纳米晶的激子动力学,测得5 K下退相干时间为24.5 ps,并发现激子与3.45 meV声子模式的相干耦合。
2018-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable out-of-plane excitons in 2D single crystal perovskites
有机-无机杂化钙钛矿已经成为光子应用的非常有前途的材料,这要归功于允许调整其光学特性的巨大合成通用性。在二维(2D)晶体形式中,这些材料表现为多量子阱异质结构,具有稳定的激子共振直到室温。在这项工作中,在二维钙钛矿单晶薄片中观察到强的光-物质耦合,并使用偏振依赖的激子-极化激元响应来揭示新的激子特征。首次观察到激子的面外分量,这对于这种2D系统是出乎意料的,并且在其他层状材料(例如过渡金属二硫属化物)中完全不存在。通过比较具有相同无机层但不同有机夹层的不同混合钙钛矿,示出了有机配体的性质如何可控地影响面外激子-光子耦合。这种垂直偶极耦合在那些系统(例如,等离子体纳米腔)中特别寻求,其中场的方向通常与材料片正交。有机夹层也被证明会影响与分层结构相关的强双折射,这在这项工作中被利用来在仅几微米的传播中完全旋转线性偏振度,类似于超材料中发生的情况。
2018-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Large diffusion lengths of excitons in perovskite and ${\it TiO_2}$ heterojunction
基于有机金属卤化物钙钛矿的太阳能电池最近在其他材料中变得非常有前途,因为它们的成本效益特性和效率的提高。这种性能主要与有效的光吸收和载流子的大扩散长度有关。我们的论文致力于在这些系统中的大扩散长度的解释。分析了太阳能电池的重要组成部分钙钛矿/ ${\it TiO_2}$异质结中载流子的输运平均自由程。大的输运长度解释了间接激子的平面扩散。由于作用在激子上的有效场的相关性,耦合系统的扩散长度比单载流子长度增加了几个数量级。
2016-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Partially-Bright Triplet Excitons in Perovskite Nanocrystals
光电子学的发展要求开发具有新颖和工程特性的材料。已经引起巨大兴趣的一类材料是金属卤化物钙钛矿,其受到钙钛矿太阳能电池光伏效率的流星增加的刺激。此外,最近的进展已经将钙钛矿纳米晶体(NC)应用于发光器件中。最近发现,对于铯铅卤化物钙钛矿NC,它们异常有效的发光可能是由于由三个明亮的三重态组成的独特的激子精细结构,这些三重态与邻近的暗单重态的相互作用最小。为了研究这种精细结构而不分离单个NC,我们使用多维相干光谱在低温下揭示相干涉及CsPbI $_3$ NC系综的三重态。皮秒时间尺度的移相时间测量的三重态和三重态间的相干性,从中我们推断出一个独特的激子精细结构的水平排序包括一个黑暗的状态大力定位在明亮的三重态歧管。
2020-02-26 cond-mat.mtrl-sci
In Situ Phase-Transition Crystallization of All-Inorganic Water-Resistant Exciton-Radiative Heteroepitaxial CsPbBr3-CsPb2Br5 Core-Shell Perovskite Nanocrystals
金属卤化物钙钛矿在暴露于湿气或热时的不稳定性严重阻碍了它们在光电子器件中的应用。在这里,我们报告了高产率的合成高耐水性的全无机绿色发光CsPbBr 3/CsPb 2Br 5核/壳异质纳米晶体(HNC)通过开发一个原位相变的方法。它是通过水驱动的相变的原始单斜晶系CsPbBr 3和所得的四重CsPb 2Br 5纳米壳具有小的晶格失配与CsPbBr 3核心,这确保了形成的外延界面所产生的CsPbBr 3/CsPb 2Br 5 HNC。这些HNC在水中浸泡11个月后几乎保持100%的原始发光强度,并且在100 °C下发光强度仅下降到81.3%。瞬态发光光谱和密度泛函理论计算结果表明,CsPbBr 3纳米壳层中存在双辐射复合通道,CsPb 2Br 5纳米壳层提供的电子势垒显著提高了激子复合速率.基于这些稳健的CsPbBr 3/CsPb 2Br 5 HNC实现了原型准白光发光器件,显示了它们在固态照明和宽色域显示方面的强大竞争力。
2021-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomically thin sheets of lead-free one-dimensional hybrid perovskites feature tunable white-light emission from self-trapped excitons
低维有机-无机钙钛矿结合了两类独特材料的优点,为下一代光电子学提供了有趣的可能性:它们为原子级薄的层状材料提供了可定制的构建块,同时提供了增强的光捕获和混合钙钛矿的发射能力。在这里,我们超越了原子薄材料需要面内共价键的范例,并报告了一维有机-无机钙钛矿[C $_7$ H $_{10}$ N] $_3$ [BiCl $_5$ ]Cl的单层。其独特的1D-2D结构使单层和自陷激子的形成显示白光发射。激子自陷的厚度依赖性导致发射能量的极强的移位。因此,这样的二维钙钛矿表明,已经1D共价相互作用足以实现原子薄的材料,并提供访问独特的激子物理。这些发现使一个更一般的构造原理,用于定制和识别二维材料,不再限于共价键合的2D片材。
2021-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Franz-Keldysh and Stark Effects in Two-Dimensional Metal Halide Perovskites
随着金属卤化物钙钛矿(MHP)领域的成熟,用于测量诸如带隙和激子结合能的基本性质的最新技术继续产生不一致的值。即使对于2D MHP,这个问题也是持久的,其中激子和连续态之间的大分离应该使这种测量更直接。在这项研究中,我们恢复到一个2D的Wannier激子在一个均匀的电场建立的理论来分析一个原型的2D MHP系统,苯乙铵碘化铅(PEA 2 PbI 4)的电吸收响应。电吸收模拟和测量之间的高水平的协议允许根据二次斯塔克效应和连续波函数泄漏的Franz-Keldysh效应的激子的红移的加深理解。我们发现,这些影响中的每一个领域的依赖性是丰富的信息,产生测量激子的玻尔半径,过渡偶极矩,极化率,和减少有效质量。最重要的是,激子结合能是明确确定的2%的不确定性。这些新测量方法的高精度为未来的研究提供了机会,以准确确定化学和环境因素对MHP光电特性的影响,从而提高这类重要材料的可调性。
2021-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Strong electrostatic control of excitonic features in MoS$_2$ by a free-standing ultrahigh-$κ$ ferroelectric perovskite
该研究利用独立式BTO铁电层在室温下实现单层MoS$_2$激子与三激子发射的低功耗、可调及非易失静电控制。
2024-05-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Chemically-Localized Resonant Excitons in Silver-Pnictogen Halide Double Perovskites
具有交替的银和磷族元素阳离子的卤化物双钙钛矿是一种新兴的光吸收材料家族,其具有稳健的稳定性和可见光范围内的带隙。然而,在这些系统中的光激发的性质还没有很好地理解,限制了它们的实用性。本文采用从头算多体微扰理论,在$GW$近似下,采用Bethe-Salpeter方程方法计算了双钙钛矿系列Cs $_2$ AgBX $_6$的电子结构和光激发,其中B=Bi $^{3+}$,Sb $^{3+}$,X = Br $^-$,Cl $^-$ .我们发现,这些材料表现出强烈的本地化共振激子的能量从170至434毫电子伏以下的直接带隙。与铅基钙钛矿相比,Cs $_2$ AgBX $_6$激子被计算为非氢的,具有各向异性的有效质量并且对局部场效应敏感,这是它们的化学异质性的结果。我们的计算证明了Wannier-Mott和Elliott模型对这类双钙钛矿的局限性,并有助于对它们的光-物质相互作用进行详细的原子理解。
2021-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Electrically pumped polarized exciton-polaritons in a halide perovskite microcavity
激子极化激元是半导体微腔中具有部分光部分物质性质的混合准粒子,由于具有极化激元凝聚和量子模拟等显著的物理现象而受到广泛的研究。这些现象最近已经在高达室温的高温下在新兴的卤化铅钙钛矿中被发现。为了将这些发现推进到实际应用中,一个关键的要求是实现电泵浦激子-极化激元。然而,具有钙钛矿的电泵浦极化激元发光器件尚未在实验上实现。在这里,我们设计了一种新的方法,将器件与微腔相结合,报道了第一个卤化物钙钛矿极化激元发光器件。具体而言,该器件基于CsPbBr 3电容结构,其可以从同一电极注入电子和空穴,有助于激子的形成,同时保持微腔的高质量。此外,由于CsPbBr 3微片的光学双折射,已经证明了高度偏振选择性的极化激元发射。这项工作为实现实用的极化激元器件,如用于信息通信的高速发光器件和基于钙钛矿的无反转电泵浦激光器铺平了道路。
2022-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional perovskites with maximum symmetry enable exciton diffusion length exceeding 2 micrometers
本研究通过调控笼状阳离子、间隔分子及结晶条件,制备出具有最高对称性(四方P4/mmm空间群)的FA基二维钙钛矿,其激子扩散长度达2.5微米,性能远超传统二维钙钛矿。
2025-04-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Structural Distortions Control Scaling of Exciton Binding Energies in Two-Dimensional Ag/Bi Double Perovskites
针对Ag/Bi基二维双钙钛矿激子结合能随层厚变化的反常趋势,研究通过从头算多体微扰理论发现结构畸变是主因,明确了层间距、堆叠的影响,为层状无铅钙钛矿激子特性调控提供设计原则。
2025-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Room Temperature Light-Mediated Long-Range Coupling of Excitons in Perovskites
钙钛矿材料由于其优异的光电性能和结构多样性而成为人们关注的焦点。二维卤化物钙钛矿如(C_6H_5C_2H_4NH_3)_2PbI_4,或简称为PEPI,形成了天然的多量子阱,增强了光与物质的相互作用,使其成为有吸引力的进一步研究系统。这项工作报告的激子模式的可调分裂PEPI产生的强烈的光-物质相互作用,表现为多个倾角(模式)的反射光谱。虽然红模式的起源是很好的理解,但在室温下的蓝倾角仍然缺乏。在这里,它揭示了多重模式的存在起源于不同量子阱中激子之间的间接耦合。远距离量子阱中激子之间介导耦合的长程特性也在结构设计及其可调谐性中得到了证明。此外,涉及末端银层的器件架构增强了两种激子模式并提供了进一步的可调谐性。重要的是,这项工作将激发激子模式与微腔中的受限光模式耦合以产生多个激子-极化激元模式的可能性。
2021-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature continuous-wave pumped exciton polariton condensation in a perovskite microcavity
本文在钙钛矿微腔中实现了室温连续波泵浦的极化子凝聚,阈值极低且线宽窄,并揭示了离散能级促进极化子弛豫的微观机制,为节能极化子器件奠定基础。
2024-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Exciton ground state fine structure and excited states landscape in layered halide perovskites from combined BSE simulations and symmetry analysis
层状卤化物钙钛矿是溶液处理的天然异质结构,其中低至纳米级的量子和介电限制效应强烈影响光学性质,导致束缚激子的稳定。实现激子特性的详细了解是至关重要的,以促进这些材料在能量转换和发光应用的开发,目前正在进行的辩论与最稳定的激子的四个组件的能量顺序。为了提供理论反馈并解决对比文献报道中的问题,我们在这里进行了Bethe Salpeter方程(BSE)的从头算解,并基于光谱分析对光谱观测值进行了详细的解释。我们确认Edark < Ein plane < Eout-of-plane精细结构分配,从最近的磁吸收实验。我们进一步建议,极性扭曲可能会导致稳定的面内组件,并最终在一个明亮的最低激子组件。此外,我们讨论了激子景观在一个广泛的能量范围内,并澄清激子自旋字符,当大自旋轨道耦合是在发挥作用,合理化的潜力卤化物钙钛矿作为三重态敏化剂与有机染料相结合。除了有助于目前对层状卤化物钙钛矿激子性质的理解外,这项工作还进一步证明了通过结合先进的从头算模拟和群论所获得的深入知识。
2022-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Identification of Free and Bound Exciton States and Their Phase-Dependent Trapping Behavior in Lead Halide Perovskites
在这项工作中,我们探测多晶和单晶卤化铅钙钛矿中的子能隙能态,以更好地理解其固有的电子物理行为。通过结合温度和强度相关的光学测量,我们揭示了存在的自由和束缚激子的贡献内的子带隙能态流形。这些激子的捕获和重组动力学被证明是强烈依赖于钙钛矿的结构相。正交相表现出超快激子捕获和明显的陷阱发射,而四方相给出低的单分子复合速度和捕获截面(~10-18 cm 2)。在多声子跃迁的情况下,这种抑制电荷捕获是由于电子-晶格相互作用的减少导致的电荷捕获激活能的增加而引起的,这可能是这些材料系统中意外的长载流子寿命的起源。
2017-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Exciton and Carrier Dynamics in 2D Perovskites
二维Ruddlesden-Popper杂化卤化铅钙钛矿已成为钙钛矿光电子学的主要课题。在这里,我们的目标是解开超快动力学的载流子和激子在这些材料中的演变。使用超宽带时间分辨太赫兹(TRTS)和荧光上转换光谱的组合,我们发现,连续的载流子冷却和激子形成最好地解释了所观察到的动力学,激子-激子相互作用的俄歇加热和双激子形成的形式发挥了重要作用。我们表明,存在一个寿命较长的人口运营商是由于这些过程,而不是莫特过渡。因此,激子在激光激发密度下仍然占主导地位。我们使用动力学模型来比较苯乙基铵和丁基铵有机阳离子,同时调查所得薄膜的稳定性。此外,我们展示了使用超宽带TRTS的能力,研究激子在大结合能半导体在室温下通过光谱分析。
2020-08-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magnetic proximity effect on excitonic spin states in Mn-doped layered hybrid perovskites
将半导体的光电功能与自旋自由度的控制相结合的材料对于量子技术器件的进步是高度追求的。在这里,我们报告了顺磁性Ruddlesden-Popper混合钙钛矿Mn:(PEA)2 PbI 4(PEA =苯乙基铵),其中孤立的Mn 2+离子与磁增亮激子的相互作用导致圆偏振光致发光。结合超导量子干涉仪(SQUID)的磁光测量和磁光实验,我们发现光致发光的布里渊偏振曲线与材料的磁化强度有关。这表明局部锰磁矩和激子自旋之间通过磁邻近效应发生耦合。在4 K和6 T下15%的饱和极化表明高度不平衡的自旋布居,并表明锰掺杂能够有效控制Ruddlesden-Popper钙钛矿中的激子自旋态。我们的发现构成了磁掺杂混合钙钛矿中偏振控制的第一个例子,并将刺激对这种高度可调材料平台的研究,该平台有望实现磁矩和电子状态之间的定制相互作用。
2020-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Hydrostatic Pressure Driven Band Gap Tuning and Self-Trapped Exciton Formation in (4FPEA)$_2$SnBr$_{4}$ Halide Perovskite
Wrocław University of Science and Technology(弗罗茨瓦夫科技大学);Universitat Jaume I(海梅一世大学)
该研究通过压力调控揭示了(4FPEA)₂SnBr₄中带隙调制与自陷激子形成机制,发现压力对激子态行为有显著影响。
2026-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Organic Spacer Cation on Dark Excitons in 2D Perovskites
本研究通过低温磁光光谱探究有机间隔阳离子对二维RP钙钛矿暗激子的影响,发现中等面内磁场可调控暗激子发射,不同间隔基对激子结构作用不同,还区分了体相与表面暗激子差异,为二维钙钛矿光电器件研发提供依据。
2023-05-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Predicting the Inorganic Exciton Peak Position in 2D Hybrid Organic-Inorganic Perovskites from Hybrid Density Functional Theory
本文结合含自旋轨道耦合的HSE06杂化密度泛函计算与实验关系,确定普适交换参数并建立PBE到实验光学带隙的映射,从而预测二维杂化有机-无机钙钛矿的无机激子能量,为筛选新型光电器件材料提供高效方法。
2024-07-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Long-range self-hybridized exciton polaritons in two-dimensional Ruddlesden-Popper perovskites
本文证明二维Ruddlesden-Popper钙钛矿薄片通过自杂化效应实现室温下强激子-光子耦合,形成具有高耦合效率和低损耗定向传播的长程激子极化激元。
2024-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Mitigating Singlet Exciton Back-Transfer using 2D Spacer Layers for Perovskite-Sensitised Upconversion
本文通过在体相钙钛矿敏化剂与红荧烯发射体之间引入二维钙钛矿间隔层,抑制单线态激子回传,在低激发功率密度下提升上转换效率并延长稳定性,推动钙钛矿敏化光子上转换的实用化。
2025-05-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Revealing localised dark-exciton populations in 2D perovskites via magneto-optical microscopy
首次将磁光显微技术应用于二维钙钛矿,揭示了薄膜和单晶中局域亮暗激子布居的空间分布及其与形貌和亚带隙态的关联,为光电子技术发展提供重要依据。
2025-03-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Enhanced screening and spectral diversity in many-body elastic scattering of excitons in two-dimensional hybrid metal-halide perovskites
在二维混合有机-无机金属卤化物钙钛矿中,本征光学线形反射具有不同结合能的多个激子,每个激子通过混合晶格进行不同的修饰。考虑到这种复杂性,一个根本上意义深远的问题是如何库仑介导的多体相互作用-弹性散射,如激发诱导的退相,非弹性激子双分子散射,和多激子绑定-取决于特定的激子晶格耦合。我们报告的内在和密度依赖的激子纯退相率和它们的依赖于温度的相干非线性光谱。我们发现,相对于其他二维单原子层半导体,多激子散射具有非常强的屏蔽效应。重要的是,不同激子的退相速率的激子密度依赖性明显不同。这些研究结果建立了特定的晶格敷料上激子多体量子动力学的后果,严格定义基本的光学特性,支持相关激子密度制度的光子学和量子光电子学。
2019-05-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Tuning exciton emission via ferroelectric polarization at a heterogeneous interface between a monolayer transition metal dichalcogenide and a perovskite oxide membrane
本研究通过双栅器件集成BTO薄膜与单层MoSe2,利用电压脉冲调控铁电极化,以激子光致发光探测掺杂水平,发现载流子布居敏感依赖极化,为高灵敏传感设备提供新途径。
2024-04-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent Raman and Brillouin light scattering on excitons in CsPbBr$_3$ perovskite crystals
Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences(俄罗斯科学院约费研究所);Technische Universität Dortmund(多特蒙德工业大学);Research Center FEMS, Technische Universität Dortmund(多特蒙德工业大学FEMS研究中心)
研究CsPbBr$_3$钙钛矿晶体中激子和载流子的自旋特性,通过自旋依赖性光散射揭示激子极子的色散分裂及三重态参与的新型机制。
2026-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Role of Polar Phonons in the Photo Excited State of Metal Halide Perovskites
高效钙钛矿太阳能电池的发展引发了对这些材料光学特性的大量测量。对于研究最多的甲基铵(MA)PbI $_3$钙钛矿,已经通过各种实验报道了大范围(6-55 meV)的激子结合能。激子在室温下是否存在还不清楚。对于MAPb $X_3$钙钛矿,我们报告相对论$GW$ -BSE计算。该方法能够直接从第一性原理计算激子性质。在低温下,它预测激子结合能与报告的“大”值。对于MAPbI $_3$,在此频率范围内存在的声子模式对离子屏蔽的贡献可以忽略不计。通过从有限温度分子动力学计算极化时间,我们表明,在室温下,这不会改变。因此,我们排除离子屏蔽作为实验观察到的激子结合能在室温下减少的解释。
2016-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure fingerprints of visible-range excitons in $d^0$ double perovskite oxides
结合理论与实验研究$d^0$双钙钛矿氧化物的吸收光谱,发现可见光范围内存在结合能高达3 eV的低能激子,并通过电子结构分析揭示了激子性质与成分间的关联。
2025-08-11 cond-mat.mtrl-sci