卤化物钙钛矿矿物因其卓越的光学特性而成为太阳能电池和量子技术功能不可或缺的一部分。这项研究的结果对可再生能源和电子等商业行业具有潜在意义，为卤化物钙钛矿内的原子运动提供了更深入的见解。
实时捕获纳米晶体动力学钙钛矿，具有钛酸钙，由于激发电子和声子在光吸收时具有很强的耦合性，因此表现出独特的光学和电子特性。
通常，人们可以将晶体内每个原子的平均位置视为固定的，但是当电子的光学激发导致晶格的大规模重组时，这不再可能。
Nuri Yazdani博士，苏黎世联邦理工学院信息技术与电气工程系第一作者
了解这些材料中的电子-光子相互作用至关重要，特别是当光激发导致晶格发生显着重排时。
为了探索这种现象，研究人员将重点放在甲脒溴化铅上，这是一种在Empa合成的钙钛矿。利用斯坦福大学国家加速器实验室的超快电子衍射光束线设施，他们观察到了尺寸约10纳米的纳米晶体，电子脉冲持续时间仅为10飞秒。这种技术类似于观察从双缝隙中发出的光，使研究小组能够检测到晶体结构的微小变化。
通过利用SLAC光束线的一个关键特征，ETH研究人员能够在光子吸收期间和之后捕获晶体结构的快照。
此外，通过同步激光产生的光子和电子脉冲，并改变光子的传播距离，它们可以控制相对于电子的到达时间。在数百皮秒内分析这些快照揭示了由光激发电子引起的晶格变形如何随时间演变。
令人惊讶的发现与晶格变形降低对称性的预期相反，研究人员观察到，由于激发的电子拉直了倾斜的晶体结构，对称性增加。模型计算表明，多个激子在这个矫直过程中协同工作，降低了它们的总能量并在它们之间产生了吸引力。
有了这种新的认识，钙钛矿的特性可以针对更具体的应用进行定制。例如，Yazdani建议，用于下一代电视屏幕的钙钛矿纳米晶体可以被设计成减少电子-声子耦合，从而提高发射光的光谱质量。此外，激子之间有吸引力的相互作用，使电流在超导体中流动而没有损耗，可以用来改善钙钛矿基太阳能电池中的电子传输。
通过这项调查，该团队展示了先进的纳米科学技术在揭示对未来技术至关重要的材料的复杂行为方面的重要性。这些行为见解有助于卤化物钙钛矿器件和光电应用的发展。
