Согласно новой теории международной группы исследователей, металлоорганические галогенидные перовскиты настолько перспективны из-за эффекта Рашбы, благодаря которому в твердых телах при сильном спин-орбитальном взаимодействии снимается вырождение по спину. Статья об открытии опубликована в журнале Physical Review Letters.

Галогеноперовскиты были впервые использованы в качестве материала для солнечных панелей около десяти лет назад. С тех пор ученые активно исследуют материалы этого класса и ищут им новые применения. Так, например, они уже считаются перспективными для использования в фотонике, устройствах для сбора света и электронного транспорта, так как имеют хорошие оптические и диэлектрические свойства. Они совмещают в себе плюсы других неорганических и органических перовскитов — высокие коэффициенты преобразования излучения в электроэнергию и низкую стоимость производства.

Версия о том, что такие уникальные свойства этих материалов связаны с наблюдаемым в них эффектов Рашбы, уже выдвигалась, однако проверить это предположение до сих пор не удавалось. Он заключается в расщеплении электронных состояний для частиц, спины которых направлены вверх и вниз вдоль оси волновых векторов.

Теперь исследователи из лаборатории Эймса, Университета Толедо и Научно-технического университета Китая нашли способ подтвердить эту гипотезу.

Авторы новой работы использовали для анализа галогенидного перовскита CH₃NH₃PbI₃ терагерцовое излучение. В своем эксперименте ученые использовали два импульса этих волн. Первый позволял управлять электрон-фононными взаимодействиями в материале, а второй был предназначен для их «считывания» и получения своего рода изображения процессов, происходящих в материале. Этот подход преодолел ограничения традиционных методов исследования, которые не обладали достаточной разрешающей способностью или чувствительностью для получения свидетельств эффекта Рашбы.

«Наше открытие сводит на нет дискуссию о наличии эффекта Рашбы в галогенидных перовскитах: они действительно существуют в этих материалах, — говорит один из исследователей, старший научный сотрудник Эймсской лаборатории и профессор физики в Университете штата Айова Джиганг Ван. — Управляя квантовыми свойствами атомов и электронов для расщепления спиновых уровней, мы смогли значительно продвинуться вперед и открыть эффект, который был скрыт за случайными локальными флуктуациями. Это открывает нам захватывающие возможности для спинтронных и фотоэлектрических приложений, основанных на управлении свойствами перовскитных материалов».