Квантовые капли — новое квантовое состояние, обнаруженное в перовскитах

Исследователи из Университета Макгилла (McGill) в Монреале (Канада) смогли углубить наше понимание того, что происходит в перовскитах — полупроводниковых материалах, которые все более широко используются в высокоэффективных и недорогих солнечных элементах и в другой оптоэлектронике.

В статье, опубликованной 26 мая в Physical Review Research, они показали, что в объёмных кристаллах перовскита возникает так называемое квантовое ограничение (confinement). До сих пор это явление наблюдалось только у частиц размером в несколько нанометров, таких как квантовые точки. Когда частицы настолько малы, их физические размеры накладывают ограничение на движение электронов, это наделяет частицы особыми свойствами, например, способностью излучать свет с заданной длиной волны.

Используя метод, известный как спектроскопия накачки-зондирования с разрешением по состоянию, исследователи показали, что аналогичный тип ограничения имеет место в объёмных кристаллах перовскита бромида цезия свинца, значительно превосходящих по размерам квантовые точки.

Считается, что искажение кристаллической решетки перовскита в присутствии свободных электронов — явление, известное как образование поляронов — оказывает на электрон стабилизирующее воздействие. Но вместо постепенного рассеивания энергии, соответствующего возвращению системы из возбужденного состояния в более стабильное, данные спектроскопии показали обратное.

Ставшее сюрпризом для исследователей общее увеличение энергии после образования поляронов, указывало на новый квантово-механический эффект.

«Полярон ограничивает всё в чётко определенной области пространства, — объясняет старший автор Патанджали Камбхампати (Patanjali Kambhampati), доцент кафедры химии в McGill. — Наша группа смогла показать, что полярон смешивается с экситоном, образуя некоторое подобие квантовой точки. Эту, своего рода жидкую квантовую точку, мы называем квантовой каплей».

Учёные надеются, что дальнейшее изучение поведения этих квантовых капель улучшит понимание того, как следует создавать устойчивые к дефектам материалы для устройств оптоэлектроники.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365