Ученые Санкт-Петербургского государственного университета впервые в мире измерили дисперсию показателя преломления перовскита MAPbI3 — перспективного полупроводника для применения в диодах и лазерах — при температуре, близкой к абсолютному нулю. Исследование выполнено на базе лаборатории кристаллофотоники СПбГУ, созданной в рамках программы мегагрантов Министерства науки и высшего образования РФ. Результаты исследования опубликованы в The Journal of Physical Chemistry C.
Инженер‑исследователь лаборатории кристаллофотоники СПбГУ Анна Самсонова. Фото предоставлено Анной Самсоновой
Перовскиты — это материалы с химической формулой ABX3. Их способность взаимодействовать со светом определяется составом, то есть тем, атомы каких элементов используются в качестве A, B и X. Кристаллы перовскитов, содержащих в качестве X атомы галогенов, например йода, брома или хлора, называются галогенидными. В настоящее время активно развиваются способы их применения в различных устройствах, таких как солнечные элементы и фотодетекторы, диоды или лазеры.
Один из таких материалов — перовскит MAPbI3 — эффективный поглотитель и излучатель света. Так, важным параметром перовскитов является показатель преломления в так называемой области прозрачности — в той области энергий, где материал не поглощает свет. Этот показатель напрямую зависит от энергии света, а потому непостоянен, а важную роль в поглощении и излучении света играют экситоны: квазичастицы, «мигрирующие» по материалу.
Физики Санкт-Петербургского университета изучили оптические свойства MAPbI3 при низких температурах (от температуры жидкого гелия и выше) вблизи края поглощения, где его свойства определяются экситонами особенно сильно и остаются малоизученными.
«Мы провели эксперимент по измерению спектра отражения перовскита MAPbI3 при температуре -269 °C (или 4 K по шкале Кельвина). То есть мы разделили спектр отраженного от материала света на спектр падающего света и получили спектр коэффициента отражения материала, который связан с показателем преломления. Таким образом, впервые удалось измерить дисперсию показателя преломления перовскита MAPbI3 в области прозрачности вблизи экситонного резонанса при температуре 4 K. Также мы измерили температурную зависимость этой дисперсии вплоть до температуры 80 К», — рассказала инженер‑исследователь лаборатории кристаллофотоники СПбГУ Анна Самсонова.
Она отметила, что в некоторых исследованиях показатель преломления перовскитов в области прозрачности принимается за константу. Однако ученые СПбГУ считают, что необходимо учитывать дисперсию показателя преломления перовскитов при расчете параметров устройств на их основе. Это особенно важно при низких температурах, где присутствует сильное взаимодействие света с экситонами, поскольку оно приводит к быстрому изменению показателя преломления вблизи экситонного резонанса.
Результаты проведенного исследования помогут понять границы применения указанного перовскита, а также его поведение в некоторых нестандартных условиях.
Исследование выполнено в лаборатории кристаллофотоники СПбГУ, созданной в рамках мегагранта Министерства науки и высшего образования РФ № 075−15−2022−1112, на оборудовании ресурсных центров СПбГУ «Нанофотоника» и «Рентгенодифракционные методы исследования» Научного парка СПбГУ.
Источник информации и фото: пресс-служба СПбГУ
