Strain-driven optoelectronic properties of CsPb(Br1−xClx)3 perovskite nanowires

Abstract

Esta tese de doutorado investiga as propriedades optoeletrônicas de nanofios de perovskitas inorgânicas de haletos de chumbo, com ênfase em sistemas heteroestruturados de CsPb(Br1−xClx)3. Os nanofios foram sintetizados por crescimento epitaxial assistido por template de óxido de alumínio anódico (AAO), seguido de processo controlado de troca aniônica em fase gasosa em atmosfera de Ar/Cl2, permitindo a formação de heterojunções axiais com composição aniônica ajustável. As medidas de microscopia de força atômica (AFM) revelaram elevada uniformidade morfológica, com comprimentos médios de 3–5 μm e diâmetros em torno de 250 nm. Os mapeamentos de fotoluminescência (PL) evidenciaram gradientes espectrais ao longo da heterojunção, com picos de emissão variando de 523 nm na região rica em Br até 507 nm na região rica em Cl. As medidas de PL e de correlação temporal de fótons únicos (TCSPC) em função da temperatura revelaram aumento notável no tempo de vida excitônico próximo ás transições de fase cristalográficas, particularmente em torno de 305 K nas regiões ricas em Cl e de 361 K nos nanofios ricos em Br. A análise biexponencial mostrou que, enquanto o canal radiativo de recombinação manteve-se praticamente estável, o canal não radiativo apresentou forte desaceleração próximo às transições, levando a tempos de vida até três vezes superiores aos valores de base. Esse comportamento foi reproduzido em múltiplos ciclos térmicos e acompanhado por histerese na posição dos picos de PL, indicando reordenação estrutural. Para interpretar esses resultados, os nanofios foram modelados como super-redes desordenadas de deformações, em que domínios ferroelásticos e gradientes de polarização flexoelétrica modulam a estrutura eletrônica e a dinâmica excitônica. Esse quadro destaca a interação entre deformações, transições de fase e recombinação de portadores em sistemas de perovskitas unidimensionais. No conjunto, este trabalho fornece uma compreensão fundamental de como transições de fase cristalográficas prolongam o tempo de vida excitônico e ajustam a resposta óptica de nanofios de CsPb(Br1−xClx)3. Os resultados estabelecem princípios de projeto para explorar ferroelasticidade e flexoeletricidade em nanoestruturas de perovskita, com implicações diretas para o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos de alta eficiência, como células solares, diodos emissores de luz e fotodetectores, especialmente em condições de operação acima da temperatura ambiente e sob iluminação concentrada.