重大飞跃:终于解决光伏材料的长期争论,发现拉什巴效应的证据!

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重大飞跃:终于解决光伏材料的长期争论,发现拉什巴效应的证据!

科学家们推测,有机金属卤化物钙钛矿由于一种名为拉什巴效应的未知机制,在太阳能电池和量子电子领域的应用中,是一种捕光“神奇”材料,是如此的有前景。美国能源部艾姆斯实验室的科学家,现在已经在实验上证明了这种效应在块状钙钛矿中的存在,他们使用短微波光脉冲来产生并记录这些材料中原子和电子量子耦合运动的节奏,就像音乐一样。

大约十年前,有机金属卤化物钙钛矿首次被引入太阳能电池。从那时起,它们被广泛研究用于采光、光子学和电子传输设备,因为它们提供了非常受欢迎的光学和介电性能。它们结合了传统无机光伏器件的高能量转换性能,以及有机版本的廉价材料成本和制造方法。到目前为止,研究假设这种材料的非凡电、磁和光学性能与拉什巴效应有关,拉什巴效应是一种控制磁、电子结构和电荷载流子寿命的机制。

图示:利用以太赫兹光脉冲来开启或同步物质样本中的量子运动的“节拍”,以及第二束光来“监听”节拍,从而触发超高速接收器记录物质振荡状态的图像。

但是,尽管现在进行了激烈的研究和辩论,但用于最有效的钙钛矿太阳能电池的块状有机金属卤化物钙钛矿中的拉什巴效应的确凿证据仍然非常难以捉摸。艾姆斯实验室的科学家们发现,有证据表明:通过使用太赫兹光(以每秒数万亿周期速度发出的极强光),可以开启或同步物质样本中的量子运动“节拍”;以及第二次爆发的光可以“监听”节拍,从而触发超高速接收器记录物质振荡状态的图像。

这种方法克服了传统探测方法的局限性,传统探测方法没有分辨率或灵敏度来捕捉隐藏在材料原子结构中拉什巴效应的证据。艾姆斯实验室资深科学家、爱荷华州立大学物理学教授王继刚(音译)说:研究发现解决了关于拉什巴效应是否存在的争论,它们确实存在于块状金属卤化物钙钛矿材料中。控制原子和电子的量子运动来设计Rashba分裂带,实现了重大飞跃,其研究成果发表在《物理评论快报》期刊上。

从根本上发现了被随机局部波动所隐藏的效应,并为基于钙钛矿材料量子控制的自旋电子和光伏应用打开了令人兴奋的机会。金属卤化物钙钛矿CH3NH3PbI3中声子相干对激子Rashba精细结构的超快控制,王继刚和所在艾姆斯实验室和爱荷华州立大学物理和天文学系的合作者负责太赫兹量子拍频光谱、模型建立和密度泛函理论模拟,高质量的钙钛矿材料由托莱多大学提供,声子谱模拟是在中国科技大学进行。

博科园|研究/来自:埃姆斯实验室

参考期刊《物理评论快报》

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