压力调控二维钙钛矿OA2PbI4激子工程实现新型发光机制

研究人员针对二维有机-无机杂化钙钛矿(2D OIHPs)压力诱导发光机制不明确的问题，通过高压PL、XRD和DFT计算揭示了OA2PbI4在2.2 GPa压力下发生的结构相变诱导新型激子发射，发现其334 meV的高激子结合能及Pb-6p/I-5p轨道主导的能带结构，为应变工程调控激子行为提供了新范式。

　　

在光电材料领域，二维有机-无机杂化钙钛矿(2D OIHPs)因其可调谐的带隙和强激子效应成为研究热点。然而，传统压力诱导发光通常源于结构畸变导致的激子捕获态，如何通过压力工程实现本征激子态调控仍是挑战。针对这一问题，中国研究人员以典型2D钙钛矿OA₂PbI₄（(C₈H₁₇NH₃)₂PbI₄）为研究对象，通过多尺度表征与理论计算相结合，揭示了压力驱动的新型激子发射机制，相关成果发表在《Optical Materials》上。

研究团队运用高压原位光致发光(PL)、瞬态吸收光谱(TAS)、X射线衍射(XRD)和红外光谱(IR)等实验技术，结合第一性原理计算(DFT)，系统分析了材料在高压下的结构演变与光学响应。实验选用溶剂蒸发法合成的OA₂PbI₄单晶，其正交晶系结构（Pbca空间群）通过XRD确认，晶格参数为a=9.001 ?, b=8.682 ?, c=37.527 ?。

结果与讨论部分显示：常压下OA₂PbI₄具有2.34 eV的直接带隙，激子结合能达334 meV，价带顶(VBM)和导带底(CBM)分别由I-5p和Pb-6p轨道主导，光吸收与激子跃迁主要局限在PbI₆八面体内。当压力升至2.2 GPa时，PL光谱出现新发射峰，对应无机PbI亚晶格的重构引发的结构相变。这种压力诱导的电子结构修饰使得激子态与自由载流子态共存，产生新型辐射复合通道。

结论部分指出：该工作首次在2D OIHPs中发现压力驱动相变触发的本征激子发射，突破了传统压力诱导发光源于自陷态(STE)的认知。通过阐明PbI₆八面体重构与电子态耦合的微观机制，为利用应变工程精准调控激子行为提供了理论依据，对开发新型压力响应发光器件具有重要意义。国家自然科学基金(12104415等)和河南省科技攻关项目(232102230151等)资助了本项研究。