Promotionsvortrag von Carolin Sophie Harkort

Blei-Halogen-Perowskite haben sich als herausragende Halbleitermaterialien für Photovoltaik- und Optoelektronik-Anwendungen etabliert, da sie im Vergleich zu konventionellen Halbleitern eine einfache Anpassbarkeit und geringere Produktionskosten bieten. IhreBandlückenenergie kann durch Kompositionsänderungen, insbesondere durch Modifikation des Halogens, und durch quantenmechanische Einschränkung in niedrigdimensionalen Systemen angepasst werden. Während die Auswirkungen der Zusammensetzung und Dimensionalität auf die optischen Eigenschaften weitestgehend bekannt sind, ist ihr Einfluss auf die Spin-Eigenschaften nicht vollständig verstanden. In dieser Arbeit wird die Technik der Spin-Flip-Raman-Spektroskopie verwendet, um drei-, zwei- und null-dimensionale Blei-Halogen-Perowskite zu untersuchen, wobei ein wichtiger Bandstrukturparameter im Fokus steht, der die Kopplung der Spins an äußere Magnetfelder beschreibt: der Landé g-Faktor. Besonders wird der Einfluss der quantenmechanischen Einschränkung auf den g-Faktor der Ladungsträger in zwei-dimensionalen Ruddlesdon-Popper Perowskiten und null-dimensionalen CsPbBr3-Perowskit-Nanokristallen untersucht. Die Abhängigkeit ihrer g-Faktoren von der effektiven Bandlückenenergie wird mit der universellen Abhängigkeit der g-Faktoren von Elektronen und Löchern in dreidimensionalen Blei-Halogen-Perowskiten verglichen. Diese Arbeit zeigt, dass, obwohl der allgemeine Trend der g-Faktoren für Elektronen und Löcher der Bulk-Abhängigkeit folgt, signifikante Abweichungen in ihren absoluten Werten in zwei- und null-dimensionalen Blei-Halogen-Perowskiten auftreten, was den starken Einfluss der quantenmechanische Einschränkung auf die Spin-Eigenschaften verdeutlicht. Aus technologischer Sicht ist es besonders interessant, dass der g-Faktor durch Anpassung der Anzahl der anorganischen Schichten in 2D-Perowskiten oder der Größe der Nanokristalle gezielt eingestellt werden kann. Des Weiteren wird Spin-Flip-Raman-Spektroskopie verwendet um die strukturelle Domänenstruktur eines MAPbI3-Einkristalls zu untersuchen und anhand einer g-Faktor-Anisotropie Bereiche mit unterschiedlichen Kristallorientierungen zu identifizieren. Darüber hinaus werden seltene Doppel-Spin-Flip-Prozesse beobachtet, in denen zwei Elektronen oder zwei Löcher involviert sind. Neben Spin-Flip-Prozessen werden in den Raman-Spektren von CsPbBr3-Nanokristallen eingeschränkte akustische Phonon-Moden entdeckt. Ein Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit Dichtefunktional-Berechnungen ermöglicht die Identifikation dieser Phonon-Moden und bietet ein ergänzendes optisches Werkzeug zur Untersuchung der Form, strukturellen Phase und Größe der Nanokristalle, die wiederum entscheidend sind, um Spin-Wechselwirkungen zu verstehen.