Unlock lasing in two-dimensional metal halide perovskites by tuning ns 2 lone pairs

激光阈值 单独一对 卤化物 材料科学 钙钛矿(结构) 激子 联轴节(管道) 金属 激发 光电子学 电介质 结晶学 光子学 化学物理 分子物理学
作者
Xinyu Li,Mingyuan Li,Shixuan Zheng,Rui Wen,Meng Zhang,Songhao Guo,Yu Tao,Yuhong Mao,Xiao‐Fan Jiang,Jiazhen Gu,Tianhao Zhang,Yan Guan,Chen Li,Xujie Lü,Yongping Fu
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (32): eaee5631-eaee5631
标识
DOI:10.1126/sciadv.aee5631
摘要

Despite the proliferation of lasing reports in three-dimensional (3D) lead halide perovskites, robust lasing in their single-layer two-dimensional (2D) counterparts, (LA) 2 PbX 4 (LA = spacer cation; X = halide), has remained elusive. Here, we uncover the critical role of metal ns 2 -lone-pair stereochemistry in modulating excitonic properties and enabling lasing in these materials. Using a library of (LA) 2 BI 4 [B = Pb (lead), Sn (tin), or Ge (germanium)], we identify key structural descriptors that link lone pair activity to exciton-phonon coupling and exciton-exciton annihilation. Within a given B-cation series, rigid frameworks with shorter B─I bonds suppress lone pair activity and favor free exciton emission, while enhanced lone pair activity—tuned by the spacer and B-cation—can localize excitons, increase dielectric screening, and suppress exciton-exciton annihilation at high excitation fluences. By balancing these effects through cation selection, we demonstrate lasing in a newly synthesized Pb-based (2FBMZ) 2 PbI 4 (2FBMZ = 5,6-difluoro-1 H -benzimidazole cation) and achieve the most thermally stable lasing in its Sn-based analog. These insights provide design principles for high-brightness 2D perovskite photonic devices.
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