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羅夫斯基物理化學(xué)研究所Golam Haider和Martin Kalbá?--石墨烯模板非手性雜化鈣鈦礦用于圓偏振光傳感
       本研究指出在石墨烯上生長的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合鈣鈦礦半導(dǎo)體中模板效應(yīng)的重要性。通過結(jié)合兩種非手性材料,我們報(bào)道了一種具有電子能帶分裂的手性復(fù)合異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成。在常溫和無磁場條件下,通過石墨烯/α-CH (NH2)2PbI3鈣鈦礦復(fù)合材料的圓偏振光發(fā)射和檢測,觀察到了這種效應(yīng)。我們利用自旋電荷轉(zhuǎn)換,通過偏振光引入不平衡的自旋布居,從而產(chǎn)生由 Rashba 型耦合合理化的自旋光電導(dǎo)效應(yīng)。制備的復(fù)合異質(zhì)結(jié)在532nm 激發(fā)下,在2.54 × 103W cm-2共焦功率密度下,具有0.35的圓偏振光致發(fā)光各向異性 gCPL。在石墨烯和鈣鈦礦薄膜之間精心設(shè)計(jì)的界面增強(qiáng)了 Rashba 場,并產(chǎn)生了負(fù)責(zé)光電流的內(nèi)置電場,在可見光光子的0.08 μW cm-2注量下產(chǎn)生了 105 a W-1的光響應(yīng)率。在0.16 μWcm-2輻照下,最大光電流各向異性因子 gph 為0.51。這項(xiàng)工作揭示了石墨烯/鈣鈦礦結(jié)構(gòu)復(fù)合異質(zhì)結(jié)的光物理性質(zhì),認(rèn)為它們是開發(fā)小型化自旋光子器件的有希望的候選者。
  
圖1所示.器件的光譜特性。(a)鈣鈦礦晶格中由于與石墨烯在界面處的相互作用而產(chǎn)生的夸張的八面體扭曲的說明性示意圖。注意:此示意圖不是按比例繪制的,旨在演示潛在的結(jié)構(gòu)效果,而不是精確的原子排列。(b)石墨烯/α-FAPbI3鈣鈦礦復(fù)合材料(淺藍(lán)色)和α-FAPbI3鈣鈦礦沉積在SiO2襯底(紫色)上的PL光譜比較。石墨烯/α-FAPbI3和SiO2/α-FAPbI3的最大發(fā)射波長分別為798 nm和794 nm。(c)、(d)分別在SiO2和石墨烯/鈣鈦礦復(fù)合材料上鈣鈦礦上采集的TCSPC衰減曲線。(e)石墨烯/α-FAPbI3復(fù)合材料的圓極化PL光譜平均值。
在532 nm激發(fā)的2.54 × 103 W cm-2功率密度下,在器件間隙內(nèi)的共聚焦區(qū)收集數(shù)據(jù)。(f) HOIP中Rashba分裂和自旋極化光電流(Iph)產(chǎn)生的示意圖。Iph的方向(實(shí)箭頭)取決于激發(fā)的螺旋度(虛線箭頭)。紅色和藍(lán)色曲線表示軌道角動(dòng)量相反的電子帶。
 
 
圖2. 用光電流法觀察石墨烯/α-FAPbI3器件中自旋光電導(dǎo)效應(yīng)的表現(xiàn)。(a)使用左(σ-,紅色球體)和右(σ + ,藍(lán)色球體)圓偏振500.5 nm 激光和0.5 V 的固定 VDS 測量的自旋極化光電流的功率依賴性響應(yīng)(b)在相同樣品上測量的光電流的波長依賴性響應(yīng)范圍500-700nm,每個(gè)激發(fā)能量具有0.81 μW cm-2通量。(c)從依賴功率的測量中減去的光電流,并根據(jù)功率定律進(jìn)行擬合。(d)計(jì)算 σ-(正方形)和 σ + (三角形)激發(fā)的響應(yīng)度(R)和外量子效率(EQE)。
   
圖3. 通過在鈣鈦礦薄膜中極化光電流測量,觀察到石墨烯/α-FAPbI3器件的自旋光導(dǎo)效應(yīng)。
(a)在固定VDS為0.5 v的條件下,采用左(σ -,紅球)和右(σ+,藍(lán)球)圓偏振500±5 nm激光器測量的自旋極化光電流的功率依賴性響應(yīng)。(b)采用σ -(正方形)和σ+(三角形)激發(fā)得到的石墨烯上鈣鈦礦薄膜的計(jì)算響應(yīng)率和外量子效率。(c)從功率相關(guān)測量值中減去符合冪律的光電流。(d)光電流各向異性因子的變化。
 
 
圖4. 用于石墨烯/鈣鈦礦器件偏振光電流測量的光路的排列和幾何形狀。
 
        相關(guān)研究成果由羅夫斯基物理化學(xué)研究所Golam HaiderMartin Kalbá?課題組2024年發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces(鏈接:https://doi.org/10.1021/acsami.4c10289)上。原文:Graphene-Templated Achiral Hybrid Perovskite for Circularly Polarized Light Sensing

轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號


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