Les pérovskites aux halogénures métalliques hybrides organiques-inorganiques (MHP) ont attiré énormément d’attention pour les applications optoélectroniques. Par exemple, des cellules solaires économiques, un éclairage à semi-conducteurs, des memristors et des commutateurs de spin ultrarapides en spintronique ont récemment été conçus à l’aide de MHP. Malgré la promesse du matériau, de nombreuses questions subsistent concernant la nature et la mobilité des porteurs de charge dans les MHP, qui nécessitent une compréhension plus approfondie.
Des chercheurs de l’Université de Shanghai pour la science et la technologie, en collaboration avec l’Institut de technologie de la bioénergie et des bioprocédés de Qingdao, l’Université de Shanghai, l’Institut de physique technique de Shanghai, l’Université Jiao Tong de Shanghai et l’Université d’État Lomonossov de Moscou, rapportent maintenant le transport et la dynamique des grands polarons photoinduits dans la pérovskite d’halogénure de plomb hybride organique-inorganique avec des sondes térahertz.
Les chercheurs identifient expérimentalement le couplage photoporteurs-phonons optiques dans les grains polycristallins CH3NH3PbI3 (MAPbI3), en utilisant la spectroscopie à pompe optique et à sonde térahertz-électromagnétique. Le porteur de charge photoinduit, avec la distorsion de réseau environnante sur plusieurs constantes de réseau, forme une quasi-particule – un polaron. En utilisant le modèle de Drude-Smith-Lorentz ainsi que le couplage électron-phonon de type Frӧhlich, les chercheurs déterminent la masse effective et les paramètres de diffusion des porteurs polaroniques photogénérés. Selon l’augmentation de masse des polarons, la nature polycristalline du matériau et la présence de défauts, la grande mobilité des polarons est calculée de l’ordre de ~80 cm2V−1s−1.
De plus, les chercheurs révèlent que la formation de grands polarons dans MAPbI3 protège les porteurs de charge de la diffusion avec des joints de grains polycristallins ou des défauts et explique la longue durée de vie de la photoconductivité. Les résultats donnent un aperçu de la nature polaronique des porteurs de charge dans les matériaux MAPbI3, ce qui est pertinent à la fois pour les recherches fondamentales et les applications de dispositifs. Les résultats sont publiés dans la revue Lumière : science et applications.
Zuanming Jin et al, Transport et dynamique de grands polarons photoinduits dans une pérovskite d’halogénure de plomb hybride organique-inorganique avec des sondes térahertz, Lumière : science et applications (2022). DOI : 10.1038/s41377-022-00872-y