Híbridos tridimensionales de perovskitoides de yoduro de plomo con alta fotorrespuesta a los rayos X

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Química del estado sólido
• La cristalografía

Sus antecedentes:

• Las estructuras convencionales de perovskita 3D (AMX₃) suelen ser desestabilizadas por grandes cationes orgánicos debido a las restricciones estéricas y la regla del factor de tolerancia de Goldschmidt.
• Los grandes cationes orgánicos a menudo modelan estructuras de baja dimensión en lugar del marco de perovskita 3D deseado.

Objetivo del estudio:

• Investigar el potencial del dication aminomethylpyridinium grande (AMPY) para moldear nuevas estructuras 3D parecidas a la perovskita.
• Caracterizar las propiedades estructurales, electrónicas y optoelectrónicas de estos nuevos materiales.

Principales métodos:

• Síntesis y determinación de la estructura cristalina de compuestos (xAMPY) M₂I₆ (donde x = 3 o 4, M = Sn²⁺ o Pb²⁺).
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad (DFT) para el análisis de la estructura de la banda electrónica.
• Espectroscopia de Raman para sondear la dinámica de la red y la falta de armonía.
• Fabricación del dispositivo y caracterización de la fotorrespuesta y la sensibilidad a los rayos X.

Principales resultados:

• Descubrimiento de nuevas estructuras en 3D con la fórmula (AMPY) M2 I6, modelado por AMPY, que se desvían de la estructura estándar de perovskita mediante la adopción de conectividad mixta de compartición de esquinas y bordes.
• Los cálculos de DFT revelaron semiconductores indirectos con brechas de banda sintonizables (∼1.7 eV para Sn, ∼2.0 eV para Pb) y bandas electrónicas dispersivas.
• Los espectros de Raman mostraron características de redes dinámicas y alta falta de armonía, similares a las perovskitas 3D AMX.
• (3AMPY) Los dispositivos Pb₂I₆ demostraron una fotorrespuesta eficiente bajo luz ambiente y una fotocorriente significativa generada por rayos X con un producto de μτ alto (∼1.2 × 10^{-4 cm2 /V) y sensibilidad (207 μC·Gy-1·cm-2).}

Conclusiones:

• La dicción grande AMPY puede moldear con éxito nuevas estructuras 3D similares a la perovskita, expandiendo la diversidad estructural más allá de las perovskitas convencionales.
• Estos nuevos materiales exhiben propiedades semiconductoras prometedoras y un excelente rendimiento optoelectrónico, particularmente para aplicaciones de detección de rayos X.
• Los hallazgos desafían las limitaciones impuestas por la regla del factor de tolerancia de Goldschmidt para los grandes cationes orgánicos en la estabilización de los marcos de perovskita 3D.