Langlebige hochenergetische Ladungsträger, kohärenter Spintransport und die Rolle von Oberflächen in Blei-Halogenid-Perowskiten

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Fauster, seit 5/2020
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 395604916

• Erstellungsjahr: 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Durch Messungen des zirkularen photogalvanischen Effekts und des transienten magnetooptischen Kerr-Effekts wurde nachgewiesen, dass der Rashba-Effekt in Bleihalogenid-Perowskit-Kristallen relevant ist. In einer früheren Arbeit hatten wir bereits einen starken Rashba-Effekt an der Oberfläche gefunden. Der dynamische Rashba-Effekt wurde erstmals experimentell bestätigt. Durch Zweiphotonenabsorptions-Spektroskopie wurde die Bandlücke von Bleihalogenid-Perowskit-Kristallen genau bestimmt unabhängig von exzitonischen Effekten üblicher optischer Spektroskopien. Durch das epitaktische Wachstum von Casium-Blei- bzw. Casium-Zinn-Bromid auf Au(001)-Oberflächen wurde ein Plattform etabliert, an der sich Oberflächeneigenschaften optimal untersuchen lassen. Die Schichtdicken lassen sich hierbei bis in den auch für Anwendungen relevanten Bereich erweitern. Eine Übertragung der Verfahrens auf andere Systeme (Perowskite und Substrate) erscheint machbar. Mit Elektronenbeugung und Rastertunnelmikroskopie wurde verifiziert, dass die Schichten großflächig homogen und ausgezeichnet geordnet sind. Mit Photoelektronenspektroskopie wurden Austrittsarbeit und der Offset an der Grenzfläche zum Substrat bestimmt. Die Dispersion der Valenzbänder stimmt mit Bandstrukturrechnungen gut überein. Mittels zeitaufgelöster Zeiphotonenphotoemission wurde die Diffusion der Ladungsträger im Leitungsband untersucht.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Structural fluctuations cause spin-split states in tetragonal (CH3 NH3 )PbI3 as evidenced by the circular photogalvanic effect, Proc. Natl. Acad. Sci. 115, 9509 (2018)
  D. Niesner, M. Hauck, S. Shrestha, I. Levchuk, G. J. Matt, A. Osvet, M. Batentschuk, C. Brabec, H. B. Weber and T. Fauster
  
• Looking beyond the surface: The band gap of bulk methylammonium lead iodide, Nano Lett. 20, 3090 (2020)
  O. Schuster, P. Wientjes, S. Shrestha, I. Levchuk, M. Sytnyk, G. J. Matt, A. Osvet, M. Batentschuk, W. Heiss, C. J. Brabec, T. Fauster and D. Niesner
  
• Surface electronic structure and dynamics of lead halide perovskites, APL Mater. 8, 090704 (2020)
  D. Niesner
  
• Roadmap on organic-inorganic hybrid perovskite semiconductors and devices, APL Mater. 9, 109202 (2021)
  L. Schmidt-Mende, . . . , T. Fauster, D. Niesner, et al.