Impact of symmetry breaking and spin-orbit coupling on the band gap of halide perovskites

卤化物 凝聚态物理 自旋轨道相互作用 联轴节(管道) 对称(几何) 对称性破坏 自旋(空气动力学) 带隙 物理 材料科学 量子力学 化学 几何学 无机化学 数学 冶金 热力学
作者
Fernando P. Sabino,Xin Zhao,Gustavo M. Dalpian,Alex Zunger
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:110 (3) 被引量:24
标识
DOI:10.1103/physrevb.110.035160
摘要

Halide perovskite (HP) materials have recently emerged as a class of semiconductors with immense promise for various optoelectronic applications, ranging from solar cells to light-emitting diodes. One of the unique attributes of HPs is their tunable band gaps with different factors governing their value. The first factor is related to relativistic corrections [``mass-Darwin,'' connected to the $n{s}^{2}$ lone pairs, and spin-orbit coupling (SOC)] that induce an orbital shift or degeneracy splitting, resulting in a band-gap reduction. The second factor involves the structural configuration: in HPs the local symmetry of each Wyckoff position tends to be broken, inducing an opening of the band gap. Based on high-throughput density functional theory calculations, this paper systematically studies a possible self-cancelation on the band-gap correction for HPs when the polymorphous configuration---structural effects---and the SOC---electronic effects---are included. Our results indicate that the nature of interplay between SOC and symmetry breaking (SB) is that they are independent decoupling effects to describe the band-gap magnitude in halide perovskites. As a result of that, we observe a transitivity of the band-gap description; i.e., if we know the band gap of halide perovskites without SB and SOC, we can independently add the effects of band-gap reduction due to SOC and band-gap opening due to SB, regardless of the order in which these effects are considered.
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