(a) Schematic diagram of the photoconductive measurement. (b) Schematic illustration of excitation process at Cs2(Ag:Cu)BiBr6 perovskites. (c) The photoconductive spectrum of pristine Cs2AgBiBr6 (Cu-0) and Cs2(Ag:Cu)BiBr6 (Cu-50) single crystals at room temperature.
Výzkum nových polovodičových materiálů se v posledních letech zaměřuje na perovskity – slibné materiály, které mohou nahradit tradiční olovnaté sloučeniny díky své nižší toxicitě a lepší stabilitě. Jedním z fascinujících příkladů je dvojitý perovskit Cs₂AgBiBr₆, ve kterém se pomocí dopování mědí (Cu) významně rozšiřuje absorpční spektrum směrem do blízkého infračerveného (NIR) pásma. Tato inovace umožňuje využití těchto materiálů při detekci infračerveného záření a dalších optoelektronických aplikacích. K hlubšímu pochopení změn, které zavádí měď do krystalové mřížky, vědci využili řadu pokročilých analytických metod, přičemž zvláštní roli sehrála metoda jaderné magnetické rezonance (NMR). Díky NMR měřením bylo možné přesně určit, že v mřížce perovskitu dochází k částečné náhradě stříbrných iontů (Ag⁺) ionty mědi (Cu⁺ a Cu²⁺). Tato změna nepůsobí výraznou modifikaci základní šířky zakázaného pásma, ale zavádí nové sub-pásmové stavy, které zodpovídají rozšířenému absorpčnímu rozsahu do NIR oblasti. Výsledkem je silnější absorpce světla a zvýšená fotovoltaická aktivita, což otevírá cestu k vývoji vyspělých zařízení, například pro infračervené detektory. Celkově tato studie ukazuje, jak pečlivá kombinace experimentálních technik, včetně NMR, přispívá k porozumění a optimalizaci materiálových vlastností moderních polovodičů.
Near-Infrared Light-Responsive Cu-Doped Cs2AgBiBr6
Recent advancements in materials science have brought forward exciting developments in the field of halide perovskites, especially as potential alternatives to toxic lead-based compounds. A prime example is the study of Cs₂AgBiBr₆ double perovskite, which absorption properties are dramatically extended into the near-infrared (NIR) range by doping with copper (Cu). This breakthrough makes these materials attractive for optoelectronic applications such as NIR light detectors. To uncover the subtleties introduced by copper doping, researchers have employed an array of advanced analytical techniques, with nuclear magnetic resonance (NMR) playing a key role. In this work, solid-state NMR (ssNMR) measurements provided critical insights into the structural changes of the perovskite lattice, confirming that a portion of silver (Ag⁺) ions is replaced by copper ions (both Cu⁺ and Cu²⁺). While this substitution does not significantly alter the main bandgap of Cs₂AgBiBr₆, it creates new sub-bandgap states responsible for the increased NIR light absorption. This enhanced absorption is directly linked to improved photoresponse, indicating a promising pathway for the development of efficient infrared-sensitive devices.
Overall, this research underlines how combining experimental techniques such as NMR with complementary methods can lead to a deeper understanding and fine-tuning of material properties. The insights obtained pave the way for future innovations in optoelectronics and the design of next-generation semiconductor devices.
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202005521