Des scientifiques de l'Université nationale de Singapour ont démontré l'imagerie non invasive des couches organiques et du réseau inorganique sous-jacent de pérovskites hybrides bidimensionnelles (2D) au niveau inférieur à l'angström.

Ces dernières années ont été témoins d'un regain d'intérêt pour la recherche dans le monde entier et d'une croissance rapide dans le domaine des pérovskites halogénures Ruddlesden-Popper 2D (RPP). Les RPP 2D sont un type de cristal de pérovskite avec une nouvelle interaction lumière-matière et une stabilité photo et chimique considérablement améliorée. Ils ont des couches organiques isolantes prises en sandwich entre des cadres conducteurs d'halogénures de plomb inorganiques.

Cependant, la nature isolante et la douceur des couches organiques et le cadre inorganique "enterré" font de la détermination de l'arrangement atomique spatial et de la compréhension des effets connexes dans les RPP 2D un défi. La connaissance microscopique des arrangements atomiques dans les RPP 2D fait encore défaut :aborder cet aspect est essentiel non seulement pour la compréhension fondamentale et le contrôle de la charge, de la dynamique des excitons et d'autres phénomènes quantiques, mais aussi pour leurs applications technologiques dans les dispositifs photovoltaïques et optoélectroniques.

Une équipe de recherche NUS dirigée par le professeur agrégé Jiong Lu, en collaboration avec le groupe de recherche du professeur Kian Ping Loh, tous deux du département de chimie de l'Université nationale de Singapour, a développé une méthode d'imagerie non invasive des couches organiques supérieures et de leur réseau inorganique sous-jacent dans le RPP 2D à l'échelle sous-angström.

Les chercheurs ont utilisé une combinaison de microscopie à effet tunnel (STM) et de techniques d'imagerie (Figure 1 A). Les résultats STM ont fourni une reconstruction atomique du réseau inorganique aux halogénures de plomb (Figure 1 B), tandis que l'imagerie ncAFM fonctionnalisée par la pointe a permis une visualisation des couches organiques supérieures et de sa disposition par rapport au réseau inorganique sous-jacent à une résolution inférieure à l'angström. (Figure 1C). La reconstruction des couches organiques en surface, présentée par un réseau bien ordonné contenant des paires de cations butylammonium, s'est avérée intimement liée à la déformation du réseau inorganique par des interactions de liaison hydrogène. Ce travail a été entrepris conjointement avec le professeur Pavel Jelínek de l'Institut de physique de l'Académie tchèque des sciences.

À l'aide de la technique de microscopie à force de sonde Kelvin (KPFM), l'équipe a également réalisé l'imagerie à l'échelle atomique de la variation de potentiel électrostatique entre les paires de cations de butylammonium. Fait intéressant, cela a révélé une alternance de canaux d'électrons et de trous quasi unidimensionnels (1D) aux frontières interdomaines voisines. Ceux-ci pourraient potentiellement permettre une diffusion d'excitons à longue distance pour améliorer les performances des dispositifs photovoltaïques et optoélectroniques à base de pérovskite.

Le professeur Lu a déclaré:"Nos découvertes apportent non seulement des informations fondamentales à l'échelle nanométrique sur la structure de l'état fondamental des motifs organiques et inorganiques dans les RPP, mais jettent également un nouvel éclairage sur le mécanisme de la séparation efficace des paires électron-trou photoexcitées et du transport des excitons dans celles-ci. ." + Explorer plus loin

Imagerie non invasive de l'arrangement atomique à l'échelle sub-angström dans les pérovskites hybrides 2-D