Перовскитный нанокристалл продемонстрировал необычные свойства зарядовой памяти

Новости МирТесен

Ученые из Санкт-Петербургского университета впервые применили метод спектроскопии спинового шума для изучения нанокристалла перовскита CsPbI3, заключенного во фторфосфатное стекло. Благодаря ярко выраженной фотолюминесценции и возможности тонкой настройки оптических свойств, этот материал представляет интерес для применения в оптоэлектронных устройствах. О результатах исследования сообщается в научном журнале Applied Materials Today.

Перовскиты (ABX₃) представляют собой обширную группу веществ, объединенных общей кристаллической структурой. Благодаря возможности варьировать состав, можно получать материалы с разнообразными свойствами: от прозрачных диэлектриков до светопоглощающих полупроводников. Эта универсальность обуславливает широкое применение перовскитов в солнечных батареях и светочувствительных датчиках.

Неорганический перовскит CsPbI3 представляет собой соединение цезия и свинца с тремя атомами йода. Нанесение пленок из нанокристаллов этого материала на кремниевые солнечные элементы позволяет существенно увеличить их эффективность. Данный материал характеризуется высокой способностью к поглощению света, то есть способен улавливать большое количество солнечной энергии для генерации электричества. Кроме того, он отличается высоким качеством и проявляет интенсивную фотолюминесценцию, что обусловлено малым количеством дефектов, снижающих энергетические потери.

Научные сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета проводят исследования, направленные на определение свойств перовскитов. До этого момента 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.

Авторы исследования утверждают, что этот современный метод, не требующий вмешательства, позволяет выявлять спонтанные изменения и колебания намагниченности, не нарушая при этом работу системы. Спины можно представить как крошечные магниты, присущие частицам: они подвержены случайным колебаниям, и анализ этих флуктуаций позволяет исследовать магнитные свойства материалов. Эта особенность имеет первостепенное значение при разработке инновационных технологий.

Специалисты Санкт-Петербургского государственного университета разработали композитный материал, сочетающий преимущества перовскита и стекла. Благодаря перовскиту он обладает выдающимися оптическими характеристиками, а стекло обеспечило ему прочность, стабильность и устойчивость к деградации.

Ученые зафиксировали выраженный сигнал прецессии спинов и установили, что частица, имеющая спин и находящаяся в магнитном поле, при отклонении под определенным углом от линий внешнего магнитного поля, продолжает двигаться и вращается в этом направлении. Полученный сигнал был соотнесен с резидентными электронами, представляющими собой одиночные частицы, локализованные в квантовой точке.

«g-фактор представляет собой уникальную характеристику для частиц и квазичастиц, которую можно сравнить с «паспортом, содержащим магнитный штрих-код». Эта величина различна для разных частиц и может быть определена посредством воздействия внешнего магнитного поля. g-фактор описывает скорость вращения спина частицы, подобно вращению волчка, в присутствии внешнего магнитного поля. Для определения этого явления можно использовать любой экспериментальный метод, — пояснил инженер-исследователь лаборатории оптики спина имени И.Н. Уральцева СПбГУ Вадим Козлов.

При повышении интенсивности зондирующего света и переходе в режим возмущения было зафиксировано два явления. Прежде всего, воздействие света с длиной волны 722 нм спровоцировало стабильную и управляемую перезарядку нанокристаллов, что привело к появлению в них дырочных состояний — свободных положительных носителей заряда. Ученые отмечают, что устойчивость этого состояния является выдающейся: оно сохранялось на протяжении многочисленных циклов нагрева до комнатной температуры и последующего охлаждения.

Второй выявленный эффект касается эллиптически поляризованного излучения. Этот вариант возникает, когда конец вектора электрической напряженности описывает эллипс в течение одного периода колебаний вокруг направления распространения света. По мнению исследователей, подобное освещение создало в системе эффективное «оптическое» магнитное поле благодаря эффекту Штарка — сдвигу и расщеплению энергетических уровней атомов под воздействием электрического поля. Чтобы подтвердить это явление, физики из СПбГУ разработали и использовали модифицированный метод спинового шума.

Для проведения исследования применялось современное научное оборудование междисциплинарного ресурсного центра «Нанотехнологии» Научного парка СПбГУ.

Информация и фото предоставлены пресс-службой СПбГУ