آرایش کریستالی خود به خود در هالیدهای پروسکایت

پروسکیت‌ها از میان مواد بسیاری که در علم مواد مدرن مورد بررسی قرار می‌گیرند، جزو محبوب‌ترین‌ها هستند. ویژگی‌های گاهاً منحصربه‌فرد و عجیب آن‌ها، که از ساختار بلوری عجیب و غریب پروسکیت به وجود می‌آیند، می‌تواند در زمینه‌های پیشروی مختلف کاربردهای انقلابی داشته باشد. یکی از راه‌های جالب برای دستیابی به این ویژگی‌ها از طریق ترتیب دقیق اشکال پروسکیت، مانند خالیات یا جایگزینی‌ها است.

در شیمی اکسیدها، مدت زیادی است که دانشمندان می‌دانند که اشکال اکسیدها می‌توانند به طور ناگهانی و پیوسته خود را در سرتاسر شبکه بلوری ترتیب دهند، هنگامی که غلظت‌های خاصی را برسی کنند (مانند نسبت اعداد صحیح). این ترتیب جدید می‌تواند ویژگی‌های جذابی را به وجود آورد. در حالی که ترتیب اشکال به طور مکرر در اکسیدهای پروسکیت مشاهده شده است، همین را نمی‌توان به‌طور مشابه در پروسکیت‌های هالید هیبریدی گفت، که از یک کاتیون آلی، یک کاتیون فلزی و یک آنیون هالید تشکیل شده است.

در یک مطالعه اخیری که در نامه‌های مواد ACS منتشر شد، یک تیم تحقیقاتی شامل دکتر تکافومی یاماموتو از موسسه فناوری Tokyo، یک پروسکیت هالید لایه‌ای جدید با ترتیب دقیق اشکال را کشف کردند، که روشن می‌کند که چگونه ترتیب از طریق اشکال در این ترکیبات ظاهر می‌شود. این کار تحت تأثیر یافته از یافته‌ای قبلی است که توسط پژوهشگران گزارش شده است، به نام تشکیل ‘ستون‌های اشکال’ که با وارد کردن یون تیوسیانات (SCN−) به شبکه بلوری FAPbI3 برای به دست آوردن FA6Pb4I13.5(SCN)0.5، به دست آمد. “ما فرض کردیم که اگر غلظت SCN در شبکه افزایش یابد، مقدار اشکال ستونی PbI هم افزایش خواهد یافت که منجر به انواع مختلفی از ترتیب اشکال خواهد شد، همانطور که در اکسیدهای پروسکیتی با خالیات مرتب مشاهده می‌شود”، توضیح می‌دهد دکتر یاماموتو.

تیم، پودرهای پروسکیت FAPbI3 و بلورهای تک‌بلوری را از طریق واکنش‌های حالت جامد با استفاده از غلظت‌های دقیق تعریف شده از مواد ا

بتدایی، از جمله نسبت‌های خاص SCN-، سنتز کردند. آن‌ها متوجه شدند که هنگام استفاده از نسبت مناسبی از SCN-، پروسکیت به‌دست آمده توسط فرمول FA4Pb2I7.5(SCN)0.5 نماینده‌ای از خود را به نمایش می‌گذارد. این ترکیب لایه‌ای، مانند ترکیبی که قبلاً گزارش شده بود، نیز اشکال ستونی را که تمام لایه‌های استوانه‌ای را فرا گرفته‌اند، نشان می‌دهد. با این حال، برخلاف FA6Pb4I13.5(SCN)0.5 که یک پنجم از ستون‌های PbI به ترتیب مرتب بودند، یک سوم تمام ستون‌ها در FA4Pb2I7.5(SCN)0.5 جدید اشکال داشتند.

جدیدترین جالبیت این کشف این است که ترکیب جدید، به همراه ترکیب قبلی، چیزی به نام ‘سری همولوگ’ را شکل می‌دهند. این بدین معناست که تغییرات سیستماتیک فرمول شیمیایی ترکیبات، که می‌توانند با استفاده از متغیرهای صحیح نشان داده شوند، منجر به تغییرات سیستماتیک در خواص آن می‌شوند. در این مورد، پژوهشگران متوجه شدند که گاف باند نوری ماده با غلظت اشکال مرتب در شبکه افزایش می‌یابد.

لازم به ذکر است که این کار اولین سری همولوگ بر اساس ترتیب اشکال برای پروسکیت‌های هیبریدی آلی-معدنی است. “این مطالعه یک زمین بازی جدید برای مهندسی اشکال در ترکیبات پروسکیت‌های هیبریدی آلی-معدنی فراهم می‌کند. ما اعتقاد داریم که این زمینه جدید توسعه پیدا خواهد کرد با استفاده از تشابه با ترتیب اشکالی که قبلاً در اکسیدهای پروسکیت مشاهده شده است”، توضیح می‌دهد دکتر یاماموتو. “همچنین راهبرد جدیدی برای کنترل ترتیب اشکال برای تنظیم خواص نوری پروسکیت‌ها با وارد کردن SCN- ارائه داده‌ایم.”

.Materials provided by Tokyo Institute of Technology. Note: Content may be edited for style and length