1. Scaling law for excitons in 2D perovskite quantum wells
- Author
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Aditya D. Mohite, Jared Crochet, Claudine Katan, G. T. Noe, Mikael Kepenekian, Hsinhan Tsai, Fumiya Katsutani, Sergei Tretiak, Boubacar Traore, Constantinos C. Stoumpos, Mercouri G. Kanatzidis, Andreas V. Stier, Scott A. Crooker, Laurent Pedesseau, Wanyi Nie, Junichiro Kono, Jacky Even, Jean-Christophe Blancon, Los Alamos National Laboratory ( LANL ), Rice University [Houston], Northwestern University [Evanston], Institut des Sciences Chimiques de Rennes ( ISCR ), Université de Rennes 1 ( UR1 ), Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes-Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ), Fonctions Optiques pour les Technologies de l'informatiON ( FOTON ), Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Université de Rennes ( UNIV-RENNES ) -Institut National des Sciences Appliquées - Rennes ( INSA Rennes ) -École Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologie ( ENSSAT ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université Bretagne Loire ( UBL ) -IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire ( IMT Atlantique ), ANR-15-CE05-0018-01,TRANSHYPERO, Los Alamos National Laboratory (LANL), Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA), Institut des Fonctions Optiques pour les Technologies de l'informatiON (Institut FOTON), Université de Rennes 1 (UR1), Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologie (ENSSAT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-IMT Atlantique Bretagne-Pays de la Loire (IMT Atlantique), Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT)-Institut Mines-Télécom [Paris] (IMT), ANR-15-CE05-0018,TRANSHYPERO,Vers une compréhension des propriétés de transport électronique des cellules solaires basées sur les pérovskites hybrides(2015), Université de Rennes (UR)-Institut National des Sciences Appliquées - Rennes (INSA Rennes), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Rennes (ENSCR)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-École Nationale Supérieure des Sciences Appliquées et de Technologie (ENSSAT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
Materials science ,Exciton ,Science ,Binding energy ,General Physics and Astronomy ,Physics::Optics ,02 engineering and technology ,010402 general chemistry ,01 natural sciences ,[ CHIM ] Chemical Sciences ,Article ,General Biochemistry, Genetics and Molecular Biology ,Condensed Matter::Materials Science ,[CHIM]Chemical Sciences ,lcsh:Science ,Spectroscopy ,Scaling ,Quantum well ,Perovskite (structure) ,[PHYS]Physics [physics] ,Condensed Matter::Quantum Gases ,Multidisciplinary ,[ PHYS ] Physics [physics] ,Condensed matter physics ,Condensed Matter::Other ,business.industry ,General Chemistry ,Reduced mass ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Condensed Matter::Mesoscopic Systems and Quantum Hall Effect ,0104 chemical sciences ,Semiconductor ,lcsh:Q ,Condensed Matter::Strongly Correlated Electrons ,0210 nano-technology ,business - Abstract
Ruddlesden–Popper halide perovskites are 2D solution-processed quantum wells with a general formula A2A’n-1MnX3n+1, where optoelectronic properties can be tuned by varying the perovskite layer thickness (n-value), and have recently emerged as efficient semiconductors with technologically relevant stability. However, fundamental questions concerning the nature of optical resonances (excitons or free carriers) and the exciton reduced mass, and their scaling with quantum well thickness, which are critical for designing efficient optoelectronic devices, remain unresolved. Here, using optical spectroscopy and 60-Tesla magneto-absorption supported by modeling, we unambiguously demonstrate that the optical resonances arise from tightly bound excitons with both exciton reduced masses and binding energies decreasing, respectively, from 0.221 m0 to 0.186 m0 and from 470 meV to 125 meV with increasing thickness from n equals 1 to 5. Based on this study we propose a general scaling law to determine the binding energy of excitons in perovskite quantum wells of any layer thickness., Hybrid 2D layered perovskites are solution-processed quantum wells whose optoelectronic properties are tunable by varying the thickness of the inorganic slab. Here Blancon et al. work out a general behavior for dependence of the excitonic properties in layered 2D perovskites.
- Published
- 2018
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