RecordSecond-Harmonic Generation and ExceptionalOptical Anisotropy in High-Symmetry 1D Polar Perovskites

化学 各向异性 极化率 八面体 钙钛矿(结构) 极地的 双折射 结晶学 晶体结构 单独一对 合理设计 格子(音乐) 化学物理 多铁性 极化(电化学) 凝聚态物理 二次谐波产生 压电 层状结构 六方晶系 热液循环 超分子化学 Crystal(编程语言) 表征(材料科学) 超晶格
作者
Shaohua Xiao,Xingxing Jiang,Xiaotian Zhang,Chunbo Jiang,Wenzhi Song,Yukang Fan,Kaining Duanmu,Chao Wu,Zheshuai Lin,Zhipeng Huang,Mark G. Humphrey,Chi Zhang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.6c06238
摘要

Abstract The compositional tunability of hybrid organic–inorganic perovskites (HOIPs) enables access to diverse semiconducting materials with distinct structural features. However, tuning the perovskite structures in a rational way to target physical properties for specific applications remains a critical challenge, especially in systems with high crystallographic symmetry. We report herein a new class of polar HOIPs, (R-/S-HEP)BI3 (R-/S-HEP = R-/S-2-(1-hydroxyethyl)pyridinium, B = Ge, Sn, Pb), which feature one-dimensional (1D) octahedral metal-halide chains and crystallize in a hexagonal lattice with high uniaxial symmetry. The stereochemical activity of the group IV cation lone pairs significantly influences the structural polarity, resulting in a dramatic ca. 30-fold increase in powder second-harmonic generation (SHG) response for (R-/S-HEP)GeI3 (15 × KH2PO4) compared to their Sn and Pb analogs (0.45–0.7 × KH2PO4), and a new record in the HOIP family. This family also exhibits exceptional optical anisotropy with birefringence of 0.518–0.595 at 546 nm, the largest values among perovskites with high uniaxial symmetry. First-principles calculations and crystal structure analyses attribute the SHG enhancement in (R-/S-HEP)GeI3 to the highly polarizable [GeI6] octahedra and their favorable alignment with π-conjugated HEP cations, while the large birefringence is primarily cation-driven. The profound understanding developed herein of the influence of π-conjugated cations and lone-pair cations will point the way to the rational design of 1D perovskites with optimized physical properties for optoelectronic applications.
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