ملخصات الأبحاث

إكسيتونات ثلاثية ساطعة في نوع من البيروفسكايت

.M. Becker et al

  • Published online:

تبث أشباه الموصِّلات نانوية البِنية الضوء من مستويات إلكترونية تُعرف بالإكسيتونات. في المواد العضوية، تنص قواعد "هوند" على أن الإكسيتون ذا الطاقة الأقل هو مستوى ثلاثي ضعيف البث. أما في أشباه الموصلات غير العضوية، فتتنبأ قواعد شبيهة بنظير لهذا المستوى الثلاثي يُعرف باسم "الإكسيتون المظلم". ولأن الإكسيتونات المظلمة تبعث الفوتونات ببطء، معرقلة بذلك الانبعاث من البِنى النانوية غير العضوية، فقد كان هناك سعي للعثور على مواد تخالف هذه القواعد. ورغم الجهود الجبارة على المستويين التجريبي والنظري، لم يتم التعرف على أي أشباه موصلات غير عضوية، يكون الإكسيتون الأدنى فيها ساطعًا.

ويوضح الباحثون - في البحث المنشور - أن الإكسيتون الأدنى في بيروفسكايت السيزيوم هالايد الرصاص (CsPbX3، حيث X = Cl أو Br أو I) يشمل مستوى ثلاثيًّا عالي الانبعاث. في البداية، يَستخدِم الباحثون نموذجًا للكتلة الفعالة إلى جانب "نظرية الزُّمُر"؛ ليبرهنوا على إمكانية وجود مثل هذا المستوى، الذي قد يحدث عند دمج الترابط المغزلي المداري القوي في نطاق التوصيل في البيروفسكايت مع تأثير "راشبا". يقوم الباحثون بعد ذلك بتطبيق نموذجهم على بلورات CsPbX3 النانوية، وقياس التألق الفلوري المعتمِد على الحجم والتركيب على مستوى البلورة النانوية الواحدة.

وتفسِّر الخاصية الثلاثية الساطعة للإكسيتون الأدنى المعدلات الشاذة لانبعاث الفوتونات من هذه المواد التي تُبَث بمعدل أسرع بحوالي 20 وألف مرة عن أي بلورة نانوية شبه موصلة أخرى عند درجة حرارة الغرفة، ودرجة التبريد العالي، على الترتيب. وقد تأكد لهم أكثر وجود هذا الإكسيتون الثلاثي الساطع من خلال تحليل التركيب الدقيق في أطياف التألق الفلوري عند درجات حرارة منخفضة. وفي البلورات النانوية شبه الموصلة، التي تُستخدم بالفعل في الإضاءة وأجهزة الليزر وشاشات العرض، قد تؤدي هذه الإكسيتونات إلى مواد ذات انبعاثات أشد سطوعًا. وبشكل أعمّ.. تَطرَح النتائج التي توصل إليها الباحثون شروطًا للتعرف على أشباه الموصلات الأخرى التي تتميز بإكسيتونات ساطعة، مع تطبيقات محتملة في الأجهزة الإلكترونية البصرية.