双层钙钛矿异质结中超快定向热载流子转移

《Nature Communications》：Ultrafast directional hot carrier transfer in bilayer perovskite heterojunctions

　　

半导体中的热载流子动力学（hot carrier dynamics）主导着高性能器件中的独特机制，有望超越光电器件效率的热力学极限。本研究报道了层压双层CsPbBr₃/FAPbBr₃钙钛矿异质结（perovskite heterojunctions）中热载流子的超快定向转移。研究人员利用超快光谱（ultrafast spectroscopy）证明，在FAPbBr₃层中产生的热载流子在皮秒（picoseconds）时间内被引导至CsPbBr₃层。这一过程由冷却路径的差异驱动，这些差异产生了用于定向热载流子转移的密度梯度。这种超快热载流子跨结转移将CsPbBr₃层中的载流子密度提升至粒子数反转（population inversion）水平。通过制备钙钛矿异质结垂直腔面发射激光器（vertical-cavity surface-emitting lasers, VCSELs），研究人员实现了在纳秒脉冲激发下阈值低至1.4 μJ cm^?2的热载流子激光器件，比单独的钙钛矿层低五倍。上述发现确立了杂化钙钛矿中的热载流子转移作为一种有前景的策略，可用于高性能热载流子激光器、超快激光二极管和光电探测器。

论文解读：双层钙钛矿异质结中的超快定向热载流子转移

半导体中的热载流子（hot carrier）是指能量高于带边的电子和空穴，其动力学对突破光电器件效率的热力学极限具有重要意义。然而，热载流子通常在皮秒（picosecond, ps）时间尺度内迅速热化，限制了其输运长度和跨界面转移效率，导致在传统块体材料中难以实际应用。金属卤化物钙钛矿由于具有弱载流子-声子耦合和较长载流子寿命，为观测和利用热载流子提供了理想平台。已有研究通过溶液加工、热层压等技术制备了高质量钙钛矿平面异质结，但对如何利用异质结中不同组分的内禀冷却速率差异驱动热载流子定向转移