Tuning Spin-Polarized Lifetime at High Carrier Density through Deformation Potential in Dion–Jacobson-Phase Perovskites

自旋电子学 凝聚态物理 化学 自旋(空气动力学) 散射 放松(心理学) 钙钛矿(结构) 声子 物理 光学 结晶学 铁磁性 心理学 社会心理学 热力学
作者
Yi‐Chin Huang,Congcong Chen,Shaokuan Gong,Qiushi Hu,Jingjing Liu,Hongyu Chen,Lingling Mao,Xihan Chen
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.4c03532
摘要

The control of spin relaxation mechanisms is of great importance for spintronics applications as well as for fundamental studies. Layered metal-halide perovskites represent an emerging class of semiconductors with rich optical spin physics, showing potential for spintronic applications. However, a major hurdle arises in layered metal-halide perovskites with strong spin–orbit coupling, where the spin lifetime becomes extremely short due to D'yakonov–Perel' scattering and Bir–Aronov–Pikus at high carrier density. Using the circularly polarized pump–probe transient reflection technique, we experimentally reveal the important scattering for spin relaxation beyond the electron–hole exchange strength in the Dion–Jacobson (DJ)-type 2D perovskites (3AMP)(MA)n−1PbnI3n+1 [3AMP = 3-(aminomethyl)piperidinium, n = 1–4]. Despite a more than 10-fold increase in carrier concentration, the spin lifetimes for n = 3 and 4 are effectively maintained. We reveal neutral impurity and polar optical phonon scatterings as significant contributors to the momentum relaxation rate. Furthermore, we show that more octahedral distortions induce a larger deformation potential which is reflected on the acoustic phonon properties. Coherent acoustic phonon analysis indicates that the polaronic effect is crucial in achieving control over the scattering mechanism and ensuring spin lifetime protection, highlighting the potential of DJ-phase perovskites for spintronic applications.
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