Spin Texture Sensitive Photodetection by Dion–Jacobson Tin Halide Perovskites

化学 光探测 凝聚态物理 响应度 自旋(空气动力学) 光电子学 光电探测器 材料科学 物理 热力学
作者
Arnab Mandal,Sanuja Kumar Khuntia,Debayan Mondal,Priya Mahadevan,Sayan Bhattacharyya
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/jacs.3c10195
摘要

The organic spacer molecule is known to regulate the optoelectronic properties of two-dimensional (2D) perovskites. We show that the spacer layer thickness determines the nature of optical transitions, direct or indirect, by controlling the structural properties of the inorganic layer. The spin-orbit interactions lead to different electron spin orientations for the states associated with the conduction band minimum (CBM) and the valence band maximum (VBM). This leads to a direct as well as an indirect component of the transitions, despite them being direct in momentum space. The shorter chains have a larger direct component, leading to a better optoelectronic performance. The mixed halide Sn2+ Dion-Jacobson (DJ) perovskite with the shortest 4-C diammonium spacer outshines the photodetection parameters of those having longer (6-C and 8-C) spacers and the corresponding Ruddlesden-Popper (RP) phases. The DJ system with a 4-C spacer and equimolar Br/I embodies an unprecedentedly high responsivity of 78.1 A W-1 under 3 V potential bias at 485 nm wavelength, among the DJ perovskites. Without any potential bias, this phase manifests the self-powered photodetection parameters of 0.085 A W-1 and 9.9 × 1010 jones. The unusual role of electron spin texture in these high-performance photodetectors of the lead-free DJ perovskites provides an avenue to exploit the information coded in spins for semiconductor devices without any ferromagnetic supplement or magnetic field.
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