艾姆斯实验室科学家证实拉什巴效应的存在

科学家们推测,有机金属卤化物钙钛矿由于一种名为拉什巴效应的未知机制,在太阳能电池和量子电子领域的应用中,是一种捕光“神奇”材料,是如此的有前景。美国能源部艾姆斯实验室的科学家,现在已经在实验上证明了这种效应在块状钙钛矿中的存在,他们使用短微波光脉冲来产生并记录这些材料中原子和电子量子耦合运动的节奏,就像音乐一样。

艾姆斯实验室的科学家发现了拉什巴效应的证据

有机金属卤化物钙钛矿大约十年前首次被引入太阳能电池中。从那时起,人们开始对其进行了深入研究,将其应用于光捕获、光子学和电子传输器件,因为它们具有非常高的光学和介电性能。它们结合了传统无机光伏器件的高能量转换性能,以及有机器件的廉价材料成本和制造方法。

迄今为止的研究前提,这些材料特殊的电子、磁性和光学特性与拉什巴效应有关,拉什巴效应是一种控制磁性和电子结构及电荷载流子寿命的机制。但是,尽管最近进行了大量研究和争论,用于最有效的钙钛矿太阳能电池的块状有机金属卤化物钙钛矿中的Rashba效应的结论性证据仍然非常难以捉摸。

艾姆斯实验室的科学家们发现了这一证据,他们利用太赫兹光,即以每秒数万亿次的周期发射的极强光脉冲,来开启或同步物质样本内的量子运动的 “节拍”;再用第二道光脉冲来 “聆听 “节拍,触发超快接收器记录物质振荡状态的图像。这种方法克服了传统检测方法的局限性,因为传统检测方法的分辨率和灵敏度不足以捕捉到隐藏在材料原子结构中的拉什巴效应的证据。

这一发现解决了关于Rashba效应是否存在的争论。它们确实存在于大块金属卤化物钙钛矿材料中。”艾姆斯实验室高级科学家、爱荷华州立大学物理学教授王继刚说。”通过控制原子和电子的量子运动来产生Rashba分裂带,实现了重大飞跃,我们实现了之前被随机局部波动所掩盖的效应,同时也为基于钙钛矿材料量子控制的自旋电子学和光伏应用创造了令人振奋的机会。”

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