層狀鈣鈦礦已經(jīng)被用于各種光電器件，包括太陽能電池和發(fā)光二極管，以提高穩(wěn)定性，這需要激子沿面內(nèi)和面外兩個方向傳輸。然而，目前尚不清楚是什么決定了激子沿面內(nèi)方向的輸運，這對于理解激子對電子器件的影響具有重要意義。

有鑒于此，美國北卡羅來納大學(xué)教堂山分校黃勁松教授報道了通過調(diào)節(jié)層狀鈣鈦礦型單晶中的有機陽離子和層數(shù)，系統(tǒng)地研究了層狀鈣鈦礦型單晶中激子的面內(nèi)擴散。

研究人員利用穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)光致發(fā)光圖譜(TPLM)對單晶層狀鈣鈦礦中的載流子擴散進行成像，發(fā)現(xiàn)層狀鈣鈦礦的面內(nèi)激子擴散系數(shù)不僅與層數(shù)有關(guān)，而且與有機陽離子也有關(guān)。

 

除了激子-聲子耦合外，依賴溫度的光致發(fā)光和依賴于光強的時間分辨光致發(fā)光以及密度泛函理論計算結(jié)果顯示，八面體畸變對激子擴散過程也有顯著影響，是影響層狀鈣鈦礦面內(nèi)擴散率的另一個主要限制因素。

通過提高有機陽離子之間的相互作用強度，通過在苯乙銨(PEA⁺)中進行簡單的氟取代得到3-氟苯乙基銨（mF-PEA⁺），可以同時抑制激子-聲子耦合和釋放平面外的八面體傾斜，進而獲得1.91 cm² s^?1的激子擴散系數(shù)和405 nm面內(nèi)方向的擴散長度。

這項工作揭示了層狀鈣鈦礦中有限的面內(nèi)擴散的起源，并為通過有機陽離子設(shè)計來控制激子擴散系數(shù)提供了指導(dǎo)。

Xun Xiao, et al, Ultrafast Exciton Transport with a Long Diffusion Length  in ed Perovskites with Organic Cation Functionalization, Adv. Mater. 2020