Robust and Efficient Out-of-Plane Exciton Transport in Two-Dimensional Perovskites via Ultrafast Förster Energy Transfer

激子 材料科学 超短脉冲 平面(几何) 能量传输 化学物理 光电子学 能量转移 纳米技术 凝聚态物理 光学 工程物理 物理 激光器 几何学 数学
作者
Xue Lou,Yahui Li,Haixin Lei,Yao Zhang,Hongzhi Zhou,Enzheng Shi,Haiming Zhu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (31): 20659-20666 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c06336
摘要

Two-dimensional (2D) perovskites, comprising inorganic semiconductor layers separated by organic spacers, hold promise for light harvesting and optoelectronic applications. Exciton transport in these materials is pivotal for device performance, often necessitating deliberate alignment of the inorganic layers with respect to the contacting layers to facilitate exciton transport. While much attention has focused on in-plane exciton transport, little has been paid to out-of-plane interlayer transport, which presumably is sluggish and unfavorable. Herein, by time-resolved photoluminescence, we unveil surprisingly efficient out-of-plane exciton transport in 2D perovskites, with diffusion coefficients (up to ∼0.1 cm 2 s –1 ) and lengths (∼100 nm) merely a few times smaller or comparable to their in-plane counterparts. We unambiguously confirm that the out-of-plane exciton diffusion coefficient corresponds to a subpicosecond interlayer exciton transfer, governed by the Förster resonance energy transfer (FRET) mechanism. Intriguingly, in contrast to temperature-sensitive intralayer band-like transport, the interlayer exciton transport exhibits negligible temperature dependence, implying a lowest-lying bright exciton state in 2D perovskites, irrespective of spacer molecules. The robust and ultrafast interlayer exciton transport alleviates the constraints on crystal orientation that are crucial for the design of 2D perovskite-based light harvesting and optoelectronic devices.
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