Científicos de la Universidad Nacional de Singapur han demostrado la obtención de imágenes no invasivas tanto de las capas orgánicas como de la red inorgánica subyacente de perovskitas híbridas bidimensionales (2D) en el nivel de suangstrom.

Los últimos años han sido testigos de un aumento en el interés de la investigación en todo el mundo y un rápido crecimiento en el campo de las perovskitas de haluro de Ruddlesden-Popper 2D (RPP). Los RPP 2D son un tipo de cristal de perovskita con una interacción luz-materia novedosa y una estabilidad fotoquímica y química significativamente mejorada. Tienen capas orgánicas aislantes intercaladas entre estructuras conductoras de haluro de plomo inorgánico.

Sin embargo, la naturaleza aislante y la suavidad de las capas orgánicas y el marco inorgánico "enterrado" hacen que la determinación de la disposición atómica espacial y la comprensión de los efectos relacionados en los RPP 2D sean un desafío. Todavía falta el conocimiento microscópico de las disposiciones atómicas en los RPP 2D:abordar este aspecto es fundamental no solo para la comprensión y el control fundamentales de la carga, la dinámica de excitones y otros fenómenos cuánticos, sino también para sus aplicaciones tecnológicas en dispositivos fotovoltaicos y optoelectrónicos.

Un equipo de investigación de la NUS dirigido por el profesor asociado Jiong Lu, en colaboración con el grupo de investigación del profesor Kian Ping Loh, ambos del Departamento de Química de la Universidad Nacional de Singapur, ha desarrollado un método para obtener imágenes no invasivas tanto de las capas orgánicas superiores como de sus red inorgánica subyacente en 2D RPP en la escala de subangstrom.

Los investigadores utilizaron una combinación de microscopía de túnel de barrido (STM) y técnicas de imagen (Figura 1 A). Los resultados de STM proporcionaron una reconstrucción atómica de la red inorgánica de haluro de plomo (Figura 1 B), mientras que las imágenes ncAFM funcionalizadas con la punta permitieron una visualización de las capas orgánicas superiores y su disposición con respecto a la red inorgánica subyacente a una resolución de sub-angstrom. (Figura 1C). Se descubrió que la reconstrucción de las capas orgánicas en la superficie, presentadas por una matriz bien ordenada que contenía pares de cationes de butilamonio, estaba íntimamente entrelazada con la deformación de la red inorgánica a través de interacciones de enlaces de hidrógeno. Este trabajo fue realizado conjuntamente con el Prof. Pavel Jelínek del Instituto de Física de la Academia Checa de Ciencias.

Usando la técnica de microscopía de fuerza de sonda de Kelvin (KPFM), el equipo también realizó imágenes a escala atómica de la variación del potencial electrostático en los pares de cationes de butilamonio. Curiosamente, esto reveló la alternancia de canales de electrones y huecos casi unidimensionales (1D) en los límites entre dominios vecinos. Estos podrían permitir potencialmente la difusión de excitones a larga distancia para mejorar el rendimiento de los dispositivos fotovoltaicos y optoelectrónicos basados ​​en perovskita.

El profesor Lu dijo:"Nuestros hallazgos no solo brindan información fundamental a nanoescala sobre la estructura del estado fundamental de los motivos orgánicos e inorgánicos en los RPP, sino que también arrojan nueva luz sobre el mecanismo de separación eficiente de los pares de agujeros de electrones fotoexcitados y el transporte de excitones en ellos". ." + Explora más

Imágenes no invasivas de la disposición atómica en la escala de subangstrom en perovskitas híbridas bidimensionales