Дефекты в кристаллах перовскита увеличивают яркость светоизлучающих материалов

Гибкие и носимые светодиоды, улучшенные за счёт контролируемого дефекта RP с использованием n-октиламмония йодида. Авторы: Сомнат Махато и Мухаммад Дананг Бировосуто

В материаловедении дефекты традиционно рассматриваются как проблема — нежелательные микроскопические особенности, снижающие производительность, эффективность или срок службы устройств. Однако недавнее исследование, опубликованное в журнале Advanced Materials, бросает вызов этому подходу. Учёные обнаружили, что специфический структурный «дефект» в кристаллах, известный как дефект Раддлсдена-Поппера (RP), может стать ключом к созданию более ярких и устойчивых светоизлучающих материалов.

Исследование сосредоточено на перовскитах — классе материалов, известных своими выдающимися оптоэлектронными свойствами. Перовскиты используются в солнечных элементах, светодиодах, лазерах и даже квантовых технологиях благодаря эффективному транспорту зарядов и способности преобразовывать свет. Однако, как и все кристаллы, они не идеальны. Среди их структурных несовершенств дефекты RP — смещения в укладке атомных слоёв — традиционно считались вредными.

В новом исследовании учёные из сети Łukasiewicz Research Network—PORT и их коллеги из Индийского технологического института применили необычный подход. Вместо того чтобы пытаться устранить дефекты RP, они изучили, как их можно контролировать и использовать. Неожиданный результат: при целенаправленном внедрении и точной настройке дефекты RP могут значительно улучшить светоизлучающие свойства материала.

Для этого исследователи добавили n-октиламмоний йодид (йодсодержащее соединение) в процессе формирования смешанного галогенидного перовскита CsPbBr_3-xI_x. Это позволило контролировать образование дефектов RP в кристалле, в результате чего появилась новая фаза материала. Эффект оказался впечатляющим: материал не только изменил цвет излучения с зелёного на ярко-красный, но и стал почти на 80% ярче.

Изображение фазы CsPbBr_3−xI_x, полученное методом HAADF-STEM. Автор: Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202503680

Почему это важно? Одно из применений — гибкая электроника, например, гибкие светодиоды для носимых дисплеев. Такие устройства часто страдают от механических нагрузок, которые могут повреждать материалы на атомном уровне. Удивительно, но дефекты RP, ранее считавшиеся слабыми местами, действуют как микроскопические амортизаторы, снижая внутреннее напряжение и повышая устойчивость к изгибам и растяжениям.

Кроме гибких устройств, исследование затрагивает более широкую концепцию «инженерной деформации», где внутренние напряжения в материалах намеренно изменяют для улучшения свойств. Подобные методы в других перовскитных системах уже показали потенциал для усиления магнетизма, сверхпроводимости и каталитической эффективности в экологически чистой энергетике.

Это открытие знаменует смену парадигмы в материаловедении. Вместо стремления к идеальным кристаллам учёные теперь могут использовать дефекты, проектируя и контролируя их для раскрытия новых функций. Это пример того, как превратить недостатки в преимущества и изменить подход к созданию материалов будущего.

Дополнительная информация: Somnath Mahato et al, Atomically Precise Ruddlesden–Popper Faults Induced Enhanced Emission in Ligand Stabilized Mixed Halide Perovskites, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202503680.