Перовскиты, характеризующиеся общей химической формулой ABX₃, представляют собой обширную и разнообразную группу материалов, обладающих кристаллической структурой, чья функциональная специфика может быть тонко регулируема посредством вариаций химического состава. Это позволяет синтезировать материалы с широким спектром свойств, включая прозрачность и светопоглощение, что делает их перспективными для применения в фотовольтаике и оптоэлектронике. В частности, перовскиты находят широкое применение в производстве высокоэффективных солнечных батарей и сенсоров.
Среди многообразия перовскитов особое место занимает неорганический перовскит CsPbI₃, или трииодид цезия и свинца. Нанопленки на основе этого соединения используются для улучшения характеристик кремниевых солнечных элементов, обеспечивая значительное повышение эффективности преобразования солнечной энергии. CsPbI₃ выделяется высокой степенью поглощения света и интенсивной фотолюминесценцией, что обусловлено его кристаллической структурой с низким уровнем дефектов.
Исследовательская группа Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) провела детальный анализ магнитных характеристик перовскитов, используя метод оптической спектроскопии спинового шума. В частности, были исследованы спиновые свойства нанокристаллов CsPbI₃, интегрированных в матрицу стекла. Ранее этот метод успешно применялся для изучения газов и изотропных полупроводников, таких как арсенид галлия (GaAs).
Оптическая спектроскопия спинового шума позволяет получать информацию о спонтанных изменениях и колебаниях намагниченности материала в реальном времени без внешнего магнитного воздействия. Микроскопические спины частиц, функционирующие как миниатюрные магниты, хаотически колеблются, и анализ этих флуктуаций предоставляет ценные данные о магнитных свойствах материала. Это имеет ключевое значение для разработки новых материалов и технологий в области спинтроники и материаловедения.
Ученые СПбГУ разработали гибридный материал, сочетающий уникальные оптические свойства перовскитов и механические характеристики стекла. Этот новый композитный материал демонстрирует улучшенные оптические параметры, а также повышенную прочность, стабильность и устойчивость к механическим повреждениям.
В рамках исследования был зарегистрирован сигнал прецессии спинов частиц под воздействием внешнего магнитного поля. В магнитном поле спины частиц поворачиваются под определенным углом и начинают вращаться вокруг линий магнитного поля. Этот сигнал прецессии был сопоставлен с поведением электронов в квантовой точке, что позволило глубже понять механизмы спиновой динамики в материале.
"g-фактор" является фундаментальной характеристикой частиц и квазичастиц, аналогичной "магнитному паспорту". Этот параметр варьируется в зависимости от типа частиц и может быть определен с помощью внешнего магнитного поля. "g-фактор" отражает скорость движения спина частицы в магнитном поле и является важным параметром для характеристики магнитных свойств материала.
При увеличении интенсивности зондирующего света были выявлены два значимых эффекта. Во-первых, освещение с длиной волны 722 нанометра вызывало устойчивую перезарядку нанокристаллов, что приводило к заполнению их дырок — свободными положительными носителями заряда. Это состояние сохранялось даже после многократных циклов нагревания и охлаждения, что свидетельствует о стабильности данного эффекта.
Второй эффект был связан с использованием эллиптически поляризованного излучения. Такое освещение создавало эффективное "оптическое" магнитное поле за счет эффекта Штарка, который заключается в сдвиге и расщеплении энергетических уровней атомов под воздействием электрического поля. В рамках исследования физики СПбГУ разработали и применили модифицированный метод оптической спектроскопии спинового шума для подтверждения данного явления.
Исследование проводилось с использованием высокоточного оборудования междисциплинарного ресурсного центра "Нанотехнологии" Научного парка СПбГУ, что позволило достичь высокой точности и воспроизводимости результатов, пишет источник.