O Instytucie

Tytuł: Structural frustration, metastability and cascade of polar phases in a layered lead bromide perovskite

Autorzy: M. Mączka*, K. Fedoruk-Piskorska, A. Gągor, J.K. Zaręba, D. Stefańska, M. Ptak, D. Drozdowski, A. Sieradzki

Czasopismo: Chemical Science

DOI: 10.1039/D5SC09693F

W najnowszym artykule prof. Mączka wraz ze współpracownikami opisuje odkrycie niezwykłego zjawiska kinetycznej stabilizacji fazy w warstwowym perowskicie hybrydowym CPA₂PbBr₄ (CPA = kation 3-chloropropyloamoniowy). Zaobserwowano, że stosunkowo wolne chłodzenie (3K/min lub szybsze) prowadzi do otrzymania metastabilnej fazy polarnej (faza IV, Pna2₁) zamiast termodynamicznego stanu podstawowego, który można osiągnąć przy chłodzeniu z szybkością 1K/min. W opisanym związku opisano istnienie trzech niecentrosymetrycznych faz polarnych poniżej 350 K, różniących się orientacją kationów CPA⁺ oraz dystorsją oktaedrów PbBr₆, co przekłada się na przestrajalną odpowiedź dielektryczną i aktywność nieliniową w postaci generacji drugiej harmonicznej (SHG). Zaobserwowano również, że cykliczne zmiany temperatury wygaszają intensywność SHG bez towarzyszących zmian strukturalnych – zjawisko przypisano naprężeniom ograniczającym długość koherencji. Związek wykazuje ponadto wydajną szerokopasmową fotoluminescencję z silnym termochromizmem, pochodzącą od stanów STE. Pomiary piroelektryczne potwierdziły spontaniczną polaryzację w zakresie 1,2–2,2 μC/cm² we wszystkich fazach polarnych.

Podsumowując, praca prof. Mączki podkreśla bardzo ważną rolę zjawisk kinetycznych w kontrolowaniu strukturalnego porządku/nieporządku oraz dystorsji warstw perowskitowych, a co za tym idzie ich właściwości fizykochemicznych. Kinetyczna kontrola selekcji fazy stanowi więc skuteczną strategię modulowania porządku polarnego i właściwości funkcjonalnych w hybrydowych perowskitach, z potencjalnymi zastosowaniami w optoelektronice i fotonice. Odkrycie prof. Mączki ma również olbrzymie znaczenie dla całego środowiska naukowego, ponieważ pokazuje, iż kinetyczne zamrożenie faz może nastąpić już przy stosunkowo wolnym chłodzeniu, powszechnie stosowanym dla monitorowania niskotemperaturowych faz różnorodnych związków hybrydowych, organicznych i nieorganicznych min. w pomiarach dyfrakcji rentgenowskiej, badaniach optycznych i spektroskopowych. Należy więc bardzo starannie kontrolować szybkość chłodzenia, szczególnie w przypadkach, gdy badany związek wykazuje istnienie przemian fazowych charakteryzujących się duża histerezą termiczną.