科學(xué)家們推測(cè)，有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦由于一種名為拉什巴效應(yīng)的未知機(jī)制，在太陽能電池和量子電子領(lǐng)域的應(yīng)用中，是一種捕光“神奇”材料，是如此的有前景。

美國(guó)能源部艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家，現(xiàn)在已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)上證明了這種效應(yīng)在塊狀鈣鈦礦中的存在，他們使用短微波光脈沖來產(chǎn)生并記錄這些材料中原子和電子量子耦合運(yùn)動(dòng)的節(jié)奏，就像音樂一樣。

大約十年前，有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦首次被引入太陽能電池。從那時(shí)起，它們被廣泛研究用于采光、光子學(xué)和電子傳輸設(shè)備，因?yàn)樗鼈兲峁┝朔浅Ｊ軞g迎的光學(xué)和介電性能。它們結(jié)合了傳統(tǒng)無機(jī)光伏器件的高能量轉(zhuǎn)換性能，以及有機(jī)版本的廉價(jià)材料成本和制造方法。到目前為止，研究假設(shè)這種材料的非凡電、磁和光學(xué)性能與拉什巴效應(yīng)有關(guān)，拉什巴效應(yīng)是一種控制磁、電子結(jié)構(gòu)和電荷載流子壽命的機(jī)制。

但是，盡管現(xiàn)在進(jìn)行了激烈的研究和辯論，但用于最有效的鈣鈦礦太陽能電池的塊狀有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦中的拉什巴效應(yīng)的確鑿證據(jù)仍然非常難以捉摸。艾姆斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，有證據(jù)表明：通過使用太赫茲光（以每秒數(shù)萬億周期速度發(fā)出的極強(qiáng)光），可以開啟或同步物質(zhì)樣本中的量子運(yùn)動(dòng)“節(jié)拍”；以及第二次爆發(fā)的光可以“監(jiān)聽”節(jié)拍，從而觸發(fā)超高速接收器記錄物質(zhì)振蕩狀態(tài)的圖像。

這種方法克服了傳統(tǒng)探測(cè)方法的局限性，傳統(tǒng)探測(cè)方法沒有分辨率或靈敏度來捕捉隱藏在材料原子結(jié)構(gòu)中拉什巴效應(yīng)的證據(jù)。艾姆斯實(shí)驗(yàn)室資深科學(xué)家、愛荷華州立大學(xué)物理學(xué)教授王繼剛（音譯）說：研究發(fā)現(xiàn)解決了關(guān)于拉什巴效應(yīng)是否存在的爭(zhēng)論，它們確實(shí)存在于塊狀金屬鹵化物鈣鈦礦材料中。控制原子和電子的量子運(yùn)動(dòng)來設(shè)計(jì)Rashba分裂帶，實(shí)現(xiàn)了重大飛躍，其研究成果發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》期刊上。

從根本上發(fā)現(xiàn)了被隨機(jī)局部波動(dòng)所隱藏的效應(yīng)，并為基于鈣鈦礦材料量子控制的自旋電子和光伏應(yīng)用打開了令人興奮的機(jī)會(huì)。金屬鹵化物鈣鈦礦CH3NH3PbI3中聲子相干對(duì)激子Rashba精細(xì)結(jié)構(gòu)的超快控制，王繼剛和所在艾姆斯實(shí)驗(yàn)室和愛荷華州立大學(xué)物理和天文學(xué)系的合作者負(fù)責(zé)太赫茲量子拍頻光譜、模型建立和密度泛函理論模擬，高質(zhì)量的鈣鈦礦材料由托萊多大學(xué)提供，聲子譜模擬是在中國(guó)科技大學(xué)進(jìn)行。

博科園｜研究/來自：埃姆斯實(shí)驗(yàn)室

參考期刊《物理評(píng)論快報(bào)》

博科園｜科學(xué)、科技、科研、科普

關(guān)注【博科園】看更多大美宇宙科學(xué)