#НКП_Наука #Физика #Анизотропия #Перовскиты
Ученые из МФТИ с коллегами из МИСиС, ДВФУ и ИТМО впервые объяснили анизотропию перовскитов - самого перспективного материала для солнечных батарей. Оказалось, что она определяется формой кристалла. Физики научились регулировать значение анизотропии, меняя химический состав галогенидных перовскитов. Полученные результаты можно применить для построения нанолазеров, поляризаторов, волноводов и других оптических приборов.
К перовскитам относится большая группа материалов с псевдокубической структурой. Они имеют общую формулу ABX3, где А - крупный катион, В - катион поменьше, а Х - анион; ими могут быть атомы, близкие по свойствам к кальцию, титану и кислороду соответственно — именно эти элементы входят в состав классического природного перовскита.
Благодаря электрическим, магнитным и оптическим свойствам такие материалы применяются в солнечных батареях, нанолазерах и светодиодах. Теоретически из-за особенностей структуры они должны проявлять анизотропию, то есть характеристики в разных направлениях в кристалле должны различаться. В случае, например, показателя преломления, некоторые ученые обнаруживали отличия, а другие нет. Ученые из МФТИ с коллегами из МИСиС, ДВФУ и ИТМО смогли разрешить это противоречие и объяснили его природу в случае кристаллов перовскита CsPbBr3.
«Изначально была задача просто измерить оптические свойства перовскитов. С помощью эллипсометрии измерили показатель преломления, однако результаты не сходились с изотропной моделью. Потом мы поняли, что на самом деле кристалл анизотропный, и тогда эксперимент полностью совпал с новой моделью. Форма кристаллов определяет степень анизотропии. Если они в плоскости выросли квадратными — будут изотропны в плоскости, если прямоугольными - анизотропны. Это удобно: просто взглянул на форму перовскита - и понял, какие у него будут оптические свойства», - рассказывает первый автор работы, научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Георгий Ермолаев.
Затем исследователи решили изменить химический состав перовскита CsPbBr3. Для этого кристалл помещали в газовую атмосферу соляной кислоты HCl, где происходило постепенное замещение атомов брома на хлор. Так же плавно уменьшался и показатель преломления. А значит, регулируя время химической реакции, ученые могли регулировать оптические свойства материала.
Кроме того, они обнаружили аномально большое значение анизотропии у перовскита. На определенных длинах волн, при возбуждении экситонного резонанса, этот показатель был выше, чем у всех известных трехмерных неслоистых материалов. Экспериментальные результаты были подтверждены с помощью компьютерного моделирования. Дальше физики масштабировали открытие: оказалось, что кристаллы сохраняют оптические свойства в масштабах от нескольких нанометров до миллиметров. Чтобы показать практический потенциал перовскита, исследователи создали на его основе волновод, который собирает и переносит падающий свет.
Источник: https://colab.ws/news/622