Uncovering the mechanisms of efficient upconversion in two-dimensional perovskites with anti-Stokes shift up to 220 meV

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作者
Bo Wu,Aocheng Wang,Jing Fu,Yutong Zhang,Cheng Yang,Yiyang Gong,Chuanxiu Jiang,Mingzhu Long,Guofu Zhou,Shuai Yue,Wei Ma,Xinfeng Liu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:9 (39): eadi9347-eadi9347 被引量:52
标识
DOI:10.1126/sciadv.adi9347
摘要

Phonon-assisted photon upconversion holds great potential for numerous applications, e.g., optical refrigeration. However, traditional semiconductors face energy gain limitations due to thermal energy, typically achieving only ~25 milli-electron volts at room temperature. Here, we demonstrate that quasi-two-dimensional perovskites, with a soft hybrid organic-inorganic lattice, can efficiently upconvert photons with an anti-Stokes shift exceeding 200 milli-electron volts. By using microscopic transient absorption measurements and density functional theory calculations, we explicate that the giant energy gain stems from strong lattice fluctuation leading to a picosecond timescale transient band energy renormalization with a large energy variation of around ±180 milli-electron volts at room temperature. The motion of organic molecules drives the deformation of inorganic framework, providing energy and local states necessary for efficient upconversion within a time constant of around 1 ps. These results establish a deep understanding of perovskite-based photon upconversion and offer previously unknown insights into the development of various upconversion applications.
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