Spin und Rekombinationsdynamik von Exzitonen und Ladungsträgern in Metallhalogenid-Perowskiten

• Antragsteller: Professor Dmitri Yakovlev, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424153319

Das Ziel dieses Projekts ist es, grundlegende neue Erkenntnisse über die elektronischen Zustände und Exzitonkomplexe in Metallhalogenid-Perowskiten verschiedener chemischer Zusammensetzung, Struktur (Einkristalle, 3D, 2D, 0D) und auch in nanokristalliner Form (Quantenpunkte und Nanoplatelets) zu gewinnen. Wir planen technologiebasierte, experimentelle und theoretische Untersuchungen, bezüglich deren Energielevel- und Spinstruktur, Rekombinationsdynamik und Licht-Materie-Wechselwirkung im Hinblick auf Exziton-Polaritonen. Einen weiteren Schwerpunkt werden spinabhängige Effekte und die Spindynamik des wechselwirkenden Spinsystems von Ladungsträgern (Elektronen und Löcher), der Exzitonen (neutral und geladen) und des Kernspins bilden. Zu diesem Zweck werden wir die jeweiligen g-Faktoren, Spinrelaxationszeiten und Spinkohärenzzeiten messen und die zugrunde liegenden Mechanismen der Spin-Spin-Wechselwirkung identifizieren. Wir weden dabei sowohl nach neuen physikalischen Effekten suchen als auch bereits bekannte Effekte in den deutlich erweiterten Parameterräumen, welche die einmaligen Eigenschaften von Perowskiten eröffnen, untersuchen. Das auf diese Weise erlangte Wissen werden wir dazu nutzen, um die Systemparameter im Hinblick auf technologische Anwendungen zu optimieren. Dies beinhaltet den Einsatz in der Photovoltaik oder als Lichtemitter, aber wir werden ebenfalls die Eignung von Perowskiten für Anwendungen in der Spintronik überprüfen. Im Rahmen der Experimente werden wir dabei eine Vielzahl von Techniken anwenden. Diese beinhalten optische Methoden, Untersuchungen im Tieftemperaturbereich und in hohen Magnetfeldern bis zu 60 Tesla, polarisationsaufgelöste Messungen, zeitaufgelöste Messungen über viele Größenordnungen hinweg von 200 fs bis hin zu mehreren Sekunden und Messungen mit hoher spektraler Auflösung. Die Projektziele decken mehrere Kernthemen der Ausschreibung des SPP ab: (i) spinabhängige Effekte und Spin-Bahn-Kopplung; (ii) Dynamik, Rekombination und Transport von Ladungsträgern; (iii) Einfluss der Dimensionalität (Einkristalle, 3D, 2D, 1D, 0D) und Abstimmung der Materialzusammensetzung; und (iv) die Rolle von Blei und mögliche Alternativen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2196: Perowskit-Halbleiter: Von fundamentalen Eigenschaften zur Anwendung
• Internationaler Bezug: Schweiz
• Partnerorganisation: Schweizerischer Nationalfonds (SNF)
• Kooperationspartner: Professor Maksym Kovalenko, Ph.D.