페로브스카이트 반도체 중 '전자 무게'를 측정

전자가 주위 격자에 미치는 영향을 정확하게 평가

치바대학과 홋카이도 대학, 쿄토대학의 연구팀은 2021년 6월, 차세대 태양전지나 발광 디바이스의 재료가 되는, 할로겐화납 페로브스카이트중의 '전자의 무게'를 측정해서 전자가 주위의 격자에 미치는 영향을 평가하는 것에 성공했다.

할로겐화납 페로브스카이트가 가진 높은 잠재능력이 명확해짐으로써 태양전지나 LED에서의 효율 향상이 더욱 기대된다.

새로운 반도체 재료로 주목받는 할로겐화납 페로브 스카이트는 빛을 쬐어 전자와 정공이 형성되며 태양전지에서는 이것이 기전력이 된다.

페로브스카이트 반도체는 전자와 정공이 재결합해 사라질 때까지의 시간이 기존 반도체에 비해 상당히 긴 것이 특징이다.

또 전자와 정공이 재결합할 때 발광한다.
발광 효율이 높기 때문에 광디바이스에의 응용도 기대되고 있다.

한편, 할로겐화납 페로브스카이트의 과제는 전기전도성이 낮은 것이다.

이는 폴라론 효과에 따른 것으로 알려져 왔다.

반도체 중의 전자는 이온이 만드는 결정격자 안을 움직이지만 페로브스카이트 반도체 격자는 부드럽고 전자-격자 상호작용에 의해 격자가 뒤틀린다.

이 때문에, 전자가 무게인해 가라앉은 것처럼 되어 움직이기 어려워진다.

이런 상태의 전자를 폴라론이라고 부른다.

폴라론 효과의 모식도와 그 이미지 출처 : 치바대학, 홋카이도대학, 교토대학

연구팀은 폴라론 효과를 확인하기 위해 반도체 중 전자 무게를 측정하기로 했다.

이를 위해서는 자기 분광으로 랜더우 준위를 측정할 필요가 있다.

그러나 자기장이 강하면 폴라론 효과의 영향을 관측할 수 없다고 한다.

거기서 이번에는, 사이클로트론 주파수가 포논 주파수보다 느려지는 약자장에서도, 전자의 무게를 정확하게 측정할 수 있는 고감도의 검출 시스템을 준비했다.

실험에서는, 페로브스카이트 반도체 「CH3NH3PbX3」(X=I, Br, Cl)를 이용해 극저온 환경에서 자기 반사를 측정하는 것에 의해서, 란다우 준위를 구했다.

이 결과 란다우 준위의 에너지는 자기장에 따라 변화하는 것으로 나타났다.

이 변화를 바탕으로 폴라론의 질량과 전자-격자 상호작용의 크기를 구할 수 있었다.

동시에 여기자 준위의 측정도 실시해, 고차 여기자 전이가 폴라론 효과의 영향을 받고 있는 일도 밝혔다.

이들의 연구 성과에 따라 할로겐화 납페로브스카이트는 폴라론 효과로 전자 질량은 증대하지만 다른 반도체와 비교해 극단적인 차이는 없는 것으로 나타났다.

CH3NH3PbBr3에서의 반사율의 원편광도 스펙트럼과 랜더우 준위와 여기자 에너지의 자기장 의존성※출처:치바 대학, 홋카이도대학,교토 대학

이번 연구 성과는,치바 대학 대학원 이학 연구원의 야마다 야스히로 준교수와 오토 켄이치 교수, 국제 학술 연구원의 미노 히로후미 준교수, 홋카이도 대학 대학원 공학 연구원의 스즈우라 히데카츠 준교수 및, 쿄토 대학 화학 연구소의 카네미츠 요시히코 교수등에 의한 것이다.



(-15%)
https://www.stylec.co.kr/shop/item.php?it_id=1622440269&cid=3156541440

[SEASON] 6월 시즌 특가 써큘레이터 4종 모음