Упругие и оптические свойства металл-органических перовскитов CH3NH3PbI3

И.В. Жевстовских, Н.С. Аверкиев1, М.Н. Сарычев2, О.И. Семенова3, О.Е. Терещенко3

Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, г. Екатеринбург
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе, г. Санкт-Петербург
2Уральский Федеральный университет, г. Екатеринбург
3Институт физики полупроводников СО РАН, г. Новосибирск

 

Впервые получены экспериментальные данные об упругих свойствах монокристаллов металл-органических (гибридных) перовскитов CH3NH3PbI3 в широком диапазоне температур. Вблизи температуры фазового перехода из тетрагональной в орторомбическую фазу (Тс ~ 160 К) обнаружено аномальное поведение упругих свойств - скачок скорости звука, резкий рост поглощения, узкий гистерезис. Дана интерпретация этих аномалий в рамках теории Ландау для фазовых переходов 1-го рода с квадратичной связью параметра порядка с деформациями и учете флуктуаций параметра порядка. Вблизи Тс ~ 160 К в спектрах фототока и фотолюминесценции обнаружен резкий сдвиг края поглощения на величину 110 мэВ, свидетельствующий о корреляции оптических свойств с фазовым переходом. В спектрах фотолюминесценции в орторомбической фазе (Т < 160 К) выявлена многокомпонентная эмиссия, установлена ее природа и предложена схема излучательной рекомбинации. Обнаружена сложная структура приповерхностной области кристаллов CH3NH3PbI3, обусловленная воздействием температуры и облучения. Полученные данные могут быть использованы при разработке оптоэлектронных устройств, созданных на базе гибридных перовскитов. 

 
 
Рис. 1. Температурные зависимости (a) скорости Δv=v-v0, v0=v(170 K). (b) поглощения Δα=α-α(170 K) продольных ультразвуковых волн в монокристалле CH3NH3PbI3 вблизи фазового перехода. (с) Структура гибридного перовскита CH3NH3PbI3 в кубической фазе, показаны все ориентации катиона CH3NH3.

 

  1. Correlation of elastic and optoelectronic properties near structural phase transition in organic–inorganic lead iodide perovskite single crystals / I.V. Zhevstovskikh, N.S. Averkiev, M.N. Sarychev, O.I. Semenova, V.A. Golyashov, O.E. Tereshchenko // Journal of Physics: Condensed Matter. — 2021. — V.33. — P.045403 — 045413.
  2. Low-temperature luminescence in organic-inorganic lead iodide perovskite single crystals / I.V. Zhevstovskikh, N.S. Averkiev, M.N. Sarychev, O.I. Semenova, O.E. Tereshchenko // Journal of Physics D: Applied Physics. — 2022. — V.55. — P.095105 — 095115.