Forschung

Magnetische Eigenschaften von Perowskiten

05.07.2022 - Kristalle zeigen starke Korrelation von g-Faktoren und ihren Bandlücken.

Perowskite werden seit mehr als 150 Jahren untersucht. In jüngster Zeit haben sie große Aufmerk­samkeit erfahren, da auf ihrer Basis Solar­zellen entwickelt werden konnten, die ähnlich effizient sind wie die herkömmlichen Silizium-Solarzellen. Auch als Material für Licht­quellen wie Leuchtdioden sind Perowskite vielver­sprechend. Sie sind für die Industrie besonders attraktiv, da sie flexibel und kostengünstig hergestellt werden können. Dortmunder Physi­kerinnen und Physiker haben die neuartigen Materialien nun auch auf ihre Eignung für andere Anwen­dungen untersucht.

Dazu wurde ihre Sensitivität auf Magnetfelder geprüft, die zum Beispiel relevant ist für Spinresonanz­phänomene, wie sie in der Magnet­resonanz-Bildgebung eingesetzt werden. Die Forschenden interes­sierten sich dabei vor allem für die Spins von Elektronen, denn der g-Faktor eines Spins ist entscheidend für die Kopplungs­stärke an ein Magnetfeld. Wenn dieser g-Faktor genau eingestellt werden kann, kann man die magnetischen Eigen­schaften eines Materials beein­flussen.

Nun wurde der g-Faktor von Ladungs­trägern wie Elektronen für Blei-Halogen-Perowskite mit sehr unterschiedlichen Zusammen­setzungen untersucht. Perowskite auf der Basis von Blei-Halogen-Verbindungen sind Halbleiter, die durch eine Bandlücke charak­terisiert sind. Die Existenz der Bandlücke ist entscheidend für den Erfolg von Halbleitern in tradi­tioneller Elektronik oder Optoelektronik, da sie die Materialien verlässlich in ihrem Betrieb und unempfindlich gegen Störungen macht. Um herauszufinden, wie g-Faktor und Bandlücke zusammen­hängen, setzte das Team eine große Vielfalt an laserspektro­skopischen Techniken im Magnetfeld ein.

Dabei zeigte sich, dass g-Faktoren und die Bandlücken stark korrelieren, so dass eine universelle Abhängig­keit für die gesamte Material­vielfalt der Perowskite abgeleitet werden konnte. Diese Abhängigkeit liefert sehr nützliche Information für weitere Forschung und Material­entwicklung: Kennt man die Bandlücke für ein bestimmtes Perowskit-Material, können nun verlässlich die g-Faktoren vorher­gesagt werden. Oder anders herum: Will man einen bestimmten g-Faktor erreichen, muss man nur das Material mit der ent­sprechenden Bandlücke heraussuchen.

TU Dortmund / JOL

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