【期刊】CPL研究快讯 | 单层有机-无机杂化卤化铅钙钛矿中的激子涡旋
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原文已发表在CPL Express Letters栏目
Received 2 October 2020;
online 8 November 2020
EXPRESS LETTER
Exciton Vortices in Two-Dimensional Hybrid Perovskite Monolayers
Yingda Chen (陈颖达), Dong Zhang (张东), and Kai Chang (常凯)
Chin. Phys. Lett. 2020, 37 (11): 117102
文章亮点
理论预言了有机-无机杂化的卤化铅钙钛矿单层材料中的激子玻色-爱因斯坦凝聚及激子涡旋态，为实验观测提供了理论指导。
单层有机-无机杂化卤化铅钙钛矿中的激子涡旋
研究背景
激子是广泛存在于固体体系中的电中性准粒子，在低浓度下可看做组合玻色子，服从玻色-爱因斯坦统计。激子不仅对材料光学性质至关重要，也是研究低温下玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein Condensation, BEC）的重要对象。在BEC转变临界温度以下，凝聚状态的玻色子相位相干，从而表现出超流态、涡旋态等宏观量子效应。长期以来，玻色子BEC涡旋态的观测集中于冷原子、光晶格等极低温体系。激子的BEC涡旋有望在相对较高转变温度的固体体系中实现，但要求激子具有足够强的束缚能与足够长的寿命。近年来蓬勃发展的有机-无机杂化卤化铅钙钛矿体系给我们提供了新的可能。该类材料中二维有机层与无机层交替堆叠，是天然的量子阱结构。这样的结构中库仑相互作用无法被有效屏蔽，其激子束缚能可达数百毫电子伏。同时，实验观测，即使存在较高浓度的杂质与缺陷，该类材料的激子寿命仍高达2纳秒，满足实现激子BEC的先决条件。
内容简介
最近，中国科学院半导体研究所常凯院士研究组理论预言了有机-无机杂化的卤化铅钙钛矿材料(PEA)2PbI4单层中的激子凝聚与涡旋态。他们的理论计算表明，单层(PEA)2PbI4材料的激子束缚能约为240 meV，而BEC临界温度可达104 K。施加任意大小的垂直方向外电场即可使激子偶极同向排布，激子-激子偶极互作用主要表现为排斥互作用，从而使激子的BEC凝聚出现非线性的行为。考虑实际的钙钛矿样品具有不规则的边界，不规则边界可带来非零的局域角速度。在激光持续的泵浦下，激子的凝聚逐渐演化出激子涡旋态，并最终达到稳定。涡旋态的演化时间和钙钛矿中激子寿命相当，可以被实验观测到。
研究意义和重要性
有机-无机杂化卤化铅钙钛矿材料长期以来因其太阳能电池产业前景受到广泛关注。此项研究结合宏观量子效应，为钙钛矿研究打开了新思路。
左：激光泵浦单层(PEA)2PbI4材料，右：单层(PEA)2PbI4材料中激子涡旋态。
原文链接：
http://cpl.iphy.ac.cn/article/10.1088/0256-307X/37/11/117102
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文章来源：“ChinesePhysicsLetters”公众号
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