Tuning Spin-Polarized Lifetime in Two-Dimensional Metal–Halide Perovskite through Exciton Binding Energy

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作者
Xihan Chen,Haipeng Lu,Kang Wang,Yaxin Zhai,V.V. Lunin,Peter C. Sercel,Matthew C. Beard
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:143 (46): 19438-19445 被引量:114
标识
DOI:10.1021/jacs.1c08514
摘要

Metal-halide perovskite semiconductors have attracted attention for opto-spintronic applications where the manipulation of charge and spin degrees of freedom have the potential to lower power consumption and achieve faster switching times for electronic devices. Lower-dimensional perovskites are of particular interest since the lower degree of symmetry of the metal-halide connected octahedra and the large spin-orbit coupling can potentially lift the spin degeneracy. To achieve their full application potential, long spin-polarized lifetimes and an understanding of spin-relaxation in these systems are needed. Here, we report an intriguing spin-selective excitation of excitons in a series of 2D lead iodide perovskite (n = 1) single crystals by using time- and polarization-resolved transient reflection spectroscopy. Exciton spin relaxation times as long as ∼26 ps at low excitation densities and at room temperature were achieved for a system with small binding energy, 2D EOA2PbI4 (EOA = ethanolamine). By tuning the excitation density and the exciton binding energy, we identify the dominant mechanism as the D'yakonov-Perel (DP) mechanism at low exciton densities and the Bir-Aronov-Pikus (BAP) mechanism at high excitation densities. Together, these results provide new design principles to achieve long spin lifetimes in metal-halide perovskite semiconductors.
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