Влияние упаковки двумерных перовскитов на основе хлорида свинца в вертикальные гетероструктуры на интенсивность фотолюминесценции

С использованием теории функционала плотности и динамики возбужденного состояния, обработанного методом приведенной матрицы плотности, изучено влияние изменения толщины слоя перовскита на фотофизические свойства 2D-перовскитов на основе галогенидов свинца в основном и возбужденном состояниях, далее исследованы эффекты вертикальной гетероструктуры слоев перовскита. Неадиабатические взаимодействия рассчитаны на основе подхода on-the-fly по траектории молекулярной динамики при температуре окружающей среды. Уравнение движения электронных степеней свободы на основе матрицы плотности используется для расчета динамики электронных степеней свободы. Обнаружено, что вертикальная укладка двумерных перовскитов в гетероструктуры приводит к увеличению интенсивности фотолюминесценции на два порядка по сравнению с отдельными двумерными перовскитами.

1. L. Protesescu, S. Yakunin, M. I. Bodnarchuk, F. Krieg, R. Caputo, C. H. Hendon, R. X. Yang, A. Walsh, M. V. Kovalenko, Nano Lett., 15, No. 6, 3692 (2015), doi: 10.1021/nl5048779.

2. B. R. Sutherland, E. H. Sargent, Nat. Photonics, 10, No. 5, 295 (2016), doi: 10.1038/nphoton.2016.62.

3. 3. X. Chen, H. Zhou, H. Wang, Front. Chem., 9 (2021), doi: 10.3389/fchem.2021.715157.

4. E.-B. Kim, M. S. Akhtar, H.-S. Shin, S. Ameen, M. K. Nazeeruddin, J. Photochem. Photobiol., C 48, 100405 (2021), doi: 10.1016/j.jphotochemrev.2021.100405.

5. C. Ma, C. Leng, Y. Ji, X. Wei, K. Sun, L. Tang, J. Yang, W. Luo, C. Li, Y. Deng, S. Feng, J. Shen, S. Lu, C. Du, H. Shi, Nanoscale, 8, No. 43, 18309 (2016), doi: 10.1039/C6NR04741F.

6. F. Arabpour Roghabadi, M. Alidaei, S. M. Mousavi, T. Ashjari, A. S. Tehrani, V. Ahmadi, S. M. Sadrameli, J. Mater. Chem. A, 7, No. 11, 5898 (2019), doi:10.1039/C8TA10444A.

7. G. E. Eperon, S. D. Stranks, C. Menelaou, M. B. Johnston, L. M. Herz, H. J. Snaith, Energy Environ. Sci., 7, No. 3, 982 (2014), doi:10.1039/C3EE43822H.

8. T. M. Koh, V. Shanmugam, J. Schlipf, L. Oesinghaus, P. Muller-Buschbaum, N. Ramakrishnan, V. Swamy, N. Mathews, P. P. Boix, S. G. Mhaisalkar, Adv. Mater., 28, No. 19, 3653 (2016), doi: 10.1002/adma.201506141.

9. Z.-K. Tan, R. S. Moghaddam, M. L. Lai, P. Docampo, R. Higler, F. Deschler, M. Price, A. Sadhanala, M. Pazos, D. Credgington, F. Hanusch, T. Bein, H. J. Snaith, R. H. Friend, Nat. Nanotechnol., 9, No. 9, 687 (2014), doi: 10.1038/nnano.2014.149.

10. Y. Miao, L. Cheng, W. Zou, L. Gu, J. Zhang, Q. Guo, Q. Peng, M. Xu, Y. He, S. Zhang, Y. Cao, R. Li, N. Wang, W. Huang, J. Wang, Light: Sci. Appl., 9, No. 1, 89 (2020), doi: 10.1038/s41377-020-0328-6.

11. L. Zhang, C. Sun, T. He, Y. Jiang, J. Wei, Y. Huang, M. Yuan, Light: Sci. Appl., 10, No. 1, 61 (2021), doi: 10.1038/s41377-021-00501-0.

12. C. Zhao, D. Zhang, C. Qin, CCS Chem., 2, No. 4, 859 (2020), doi: 10.31635/ccschem.020.202000216.

13. L. Mao, W. Ke, L. Pedesseau, Y. Wu, C. Katan, J. Even, M. R. Wasielewski, C. C. Stoumpos, M. G. Kanatzidis, J. Am. Chem. Soc., 140, No. 10, 3775 (2018), doi: 10.1021/jacs.8b00542.

14. M. Dion, M. Ganne, M. Tournoux, Mater. Res. Bull., 16, No. 11, 1429 (1981), doi: 10.1016/00255408(81)90063-5.

15. A. J. Jacobson, J. W. Johnson, J. T. Lewandowski, Inorg. Chem., 24, No. 23, 3727 (1985), doi: 10.1021/ic00217a006.

16. C. C. Stoumpos, D. H. Cao, D. J. Clark, J. Young, J. M. Rondinelli, J. I. Jang, J. T. Hupp, L. G. Kanatzidis, Chem. Mater., 28, No. 8, 2852 (2016), doi: 10.1021/acs.chemmater.6b00847.

17. K. R. Kendall, C. Navas, J. K. Thomas, H.-C. zur Loye, Chem. Mater., 8, No. 3, 642 (1996), doi: 10.1021/cm9503083.

18. C. M. M. Soe, C. C. Stoumpos, M. Kepenekian, B. Traoré, H. Tsai, W. Nie, B. Wang, C. Katan, R. Seshadri, A. D. Mohite, J. Even, T. J. Marks, M. G. Kanatzidis, J. Am. Chem. Soc., 139, No. 45, 16297 (2017), doi: 10.1021/jacs.7b09096.

19. K. Wang, J. Y. Park, Akriti, L. Dou, EcoMat, 3, No. 3, e12104 (2021), doi: 10.1002/eom2.12104.

20. J. C. Blancon, A. V. Stier, H. Tsai, W. Nie, C. C. Stoumpos, B. Traoré, L. Pedesseau, M. Kepenekian, F. Katsutani, G. T. Noe, J. Kono, S. Tretiak, S. A. Crooker, C. Katan, M. G. Kanatzidis, J. J. Crochet, J. Even, A. D. Mohite, Nat. Commun., 9, No. 1, 2254 (2018), doi: 10.1038/s41467-018-04659-x.

21. L. N. Quan, M. Yuan, R. Comin, O. Voznyy, E. M. Beauregard, S. Hoogland, A. Buin, A. R. Kirmani, K. Zhao, A. Amassian, D. H. Kim, E. H. Sargent, J. Am. Chem. Soc., 138, No. 8, 2649 (2016), doi: 10.1021/jacs.5b11740.

22. C. P. Clark, J. E. Mann, J. S. Bangsund, W.-J. Hsu, E. S. Aydil, R. J. Holmes, ACS Energy Lett., 5, No. 11, 3443 (2020), doi: 10.1021/acsenergylett.0c01609.

23. J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett., 78, No. 7, 1396 (1997), doi: 10.1103/PhysRevLett.78.1396.

24. G. Kresse, D. Joubert, Phys. Rev. B, 59, No. 3, 1758 (1999), doi: 10.1103/PhysRevB.59.1758.

25. P. E. Blöchl, Phys. Rev. B, 50, No. 24, 17953 (1994), doi: 10.1103/PhysRevB.50.17953.

26. G. Kresse, J. Furthmüller, Comput. Mater. Sci., 6, No. 1, 15 (1996), doi: 10.1016/0927-0256(96)00008-0.

27. J. Kubler, K. H. Hock, J. Sticht, A. R. Williams, J. Phys. F: Met. Phys., 18, No. 3, 469 (1988), doi: 10.1088/0305-4608/18/3/018.

28. U. V. Barth, L. Hedin, J. Phys. C: Solid State Phys., 5, No. 13, 1629 (1972), doi: 10.1088/00223719/5/13/012.

29. A. G. Redfield, IBM J. Res. Dev. 1, No. 1, 19 (1957), doi: 10.1147/rd.11.0019.

30. J. M. Jean, R. A. Friesner, G. R. Fleming, J. Chem. Phys., 96, No. 8, 5827 (1992), doi: 10.1063/1.462858.

31. A. Einstein, Phys. Z., 18, 121 (1917).

32. M. Kasha, Discuss. Faraday Soc., 9, 14 (1950), doi: 10.1039/DF9500900014.

33. Y. Fu, W. Zheng, X. Wang, M. P. Hautzinger, D. Pan, L. Dang, J. C. Wright, A. Pan, S. Jin, J. Am. Chem. Soc., 140, No. 46, 15675 (2018), doi: 10.1021/jacs.8b07843.