KNOXVILLE, TN, 25 mars 2025 /24-7PressRelease/ -- Comprendre le transport de porteurs photogénérés dans les pérovskites 2D, en particulier les états de surface, est un défi avec les techniques conventionnelles résolues dans le temps. Des scientifiques de KAUST ont utilisé la microscopie électronique à balayage ultrarapide (SUEM) avec une sensibilité de surface révolutionnaire pour révéler des taux de diffusion des porteurs d'environ 30 cm²/s pour n=1, 180 cm²/s pour n=2 et 470 cm²/s pour n=3, qui sont notablement plus élevés que dans le volume. Cela met en évidence le potentiel de la SUEM pour faire progresser la compréhension de la dynamique des porteurs. La théorie de la fonctionnelle de densité (DFT) confirme des canaux de transmission de porteurs plus larges à la surface, offrant des insights clés pour optimiser les dispositifs optoélectroniques en pérovskite 2D.

Un transport de porteurs efficace est essentiel pour des dispositifs de conversion de lumière haute performance, mais les pérovskites en deux dimensions (2D) font face à des défis significatifs en raison de leurs structures de puits quantiques (QW). Les couches de pérovskite inorganique, confinées par des espaces de cations organiques, présentent de fortes énergies de liaison des excitons qui entravent la dissociation des excitons en porteurs libres. Cette limitation affecte fortement les propriétés de transport des porteurs, limitant ainsi l'efficacité des dispositifs. Comprendre plus profondément la physique sous-jacente — qui inclut l'influence significative des états de surface — a été particulièrement difficile, en grande partie à cause de l'absence de techniques de caractérisation sensibles à la surface et en temps réel.

Pour remédier à cela, dans un article publié dans Light Science & Applications, une équipe de scientifiques, dirigée par le professeur Omar F. Mohammed de l'Université King Abdullah de Science et Technologie (KAUST), et ses collègues ont employé la microscopie électronique à balayage ultrarapide (SUEM), une technique de pointe capable de cartographier la diffusion des porteurs de surface avec une sensibilité de surface sans précédent. Leur travail a révélé des taux de diffusion des porteurs de surface induits par photo d'environ 30 cm²/s pour n=1, ~180 cm²/s pour n=2 et ~470 cm²/s pour n=3, dépassant les taux de volume de plus de 20 fois. Les calculs de la théorie fonctionnelle de la densité ont confirmé que la diffusion améliorée découle de canaux de transmission de porteurs de charge plus larges à la surface par rapport au volume. Ces scientifiques ont résumé :

« Nous avons directement imaginé le transport de porteurs de charge générés par photo sur des matériaux de pérovskite 2D à des échelles de temps ultrarapides en utilisant SUEM, qui a la capacité unique d'être sensible à la surface. En utilisant SUEM, nous pouvons explorer avec précision la diffusion des porteurs dans la région locale de la surface supérieure d'un matériau après photoexcitation. Cette méthode offre une distinction claire par rapport aux techniques spectroscopiques classiques en volume ou en ensemble, qui peuvent ne pas distinguer avec précision les états de surface à ceux de volume dans les pérovskites 2D. »

« Ces résultats non seulement mettent en évidence la différence notable entre le transport de surface et celui de volume, mais offrent également des pistes précieuses pour optimiser les dispositifs optoélectroniques basés sur les pérovskites 2D grâce à une ingénierie avancée des interfaces. » ont-ils ajouté.

Références
DOI
10.1038/s41377-025-01758-5

URL de la source originale
https://doi.org/10.1038/s41377-025-01758-5

Informations de financement
Ce travail a été soutenu par l'Université King Abdullah de Science et Technologie (KAUST). J. Yang reconnaît un soutien financier de la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (N° 12347160), le projet de recherche scientifique clé des collèges et universités de la province de He'nan (N° 24A140022), et la Fondation des sciences naturelles de He'nan (N° 242300421671). J. Yin reconnaît un soutien financier de l'Université polytechnique de Hong Kong (numéro de subvention P0042930) et une subvention du Conseil des subventions de recherche de la région administrative spéciale de Hong Kong, Chine (numéro de projet PolyU25300823).

À propos de Light: Science & Applications
Light: Science & Applications publiera principalement de nouveaux résultats de recherche sur des sujets de pointe et émergents dans l'optique et la photonique, ainsi que des sujets traditionnels en ingénierie optique. La revue publiera des articles originaux et des revues qui sont de haute qualité, d'un grand intérêt et d'une portée conséquente.

Éditeur de base :
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