Structural fluctuations cause spin-split states in tetragonal (CH3NH3)PbI3 as evidenced by the circular photogalvanic effect

Beitrag in einer Fachzeitschrift
(Originalarbeit)


Details zur Publikation

Autor(en): Niesner D, Hauck M, Shrestha S, Levchuk I, Matt G, Osvet A, Batentschuk M, Brabec C, Weber HB, Fauster T
Zeitschrift: Proceedings of the National Academy of Sciences
Jahr der Veröffentlichung: 2018
Band: 115
Heftnummer: 38
Seitenbereich: 9509-9514
ISSN: 0027-8424
eISSN: 1091-6490
Sprache: Englisch


Abstract

Lead halide perovskites are used in thin-film solar cells, which owe their high efficiency to the long lifetimes of photocarriers. Various calculations find that a dynamical Rashba effect could significantly contribute to these long lifetimes. This effect is predicted to cause a spin splitting of the electronic bands of inversion-symmetric crystalline materials at finite temperatures, resulting in a slightly indirect band gap. Direct experimental evidence of the existence or the strength of the spin splitting is lacking. Here, we resonantly excite photocurrents in single crystalline (CH3NH3)PbI3 with circularly polarized light to clarify the existence of spin splittings in the band structure. We observe a circular photogalvanic effect, i.e., the photocurrent depends on the light helicity, in both orthorhombic and tetragonal (CH3NH3)PbI3. At room temperature, the effect peaks for excitation photon energies ΔE=110 meV below the direct optical band gap. Temperature-dependent measurements reveal a sign change of the effect at the orthorhombic{ extendash}tetragonal phase transition, indicating different microscopic origins in the two phases. Within the tetragonal phase, both ΔE and the amplitude of the circular photogalvanic effect increase with temperature. Our findings support a dynamical Rashba effect in this phase, i.e., a spin splitting caused by thermally induced structural fluctuations which break inversion symmetry.


FAU-Autoren / FAU-Herausgeber

Batentschuk, Miroslaw PD Dr.-Ing.
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Brabec, Christoph Prof. Dr.
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Fauster, Thomas Prof. Dr.
Lehrstuhl für Festkörperphysik
Hauck, Martin
Lehrstuhl für Angewandte Physik
Levchuk, Ievgen
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Matt, Gebhard Dr.
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Niesner, Daniel Dr.
Lehrstuhl für Festkörperphysik
Osvet, Andres Dr.
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Shrestha, Shreetu
Lehrstuhl für Werkstoffwissenschaften (Materialien der Elektronik und der Energietechnologie)
Weber, Heiko B. Prof. Dr.
Lehrstuhl für Angewandte Physik


Zitierweisen

APA:
Niesner, D., Hauck, M., Shrestha, S., Levchuk, I., Matt, G., Osvet, A.,... Fauster, T. (2018). Structural fluctuations cause spin-split states in tetragonal (CH3NH3)PbI3 as evidenced by the circular photogalvanic effect. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(38), 9509-9514. https://dx.doi.org/10.1073/pnas.1805422115

MLA:
Niesner, Daniel, et al. "Structural fluctuations cause spin-split states in tetragonal (CH3NH3)PbI3 as evidenced by the circular photogalvanic effect." Proceedings of the National Academy of Sciences 115.38 (2018): 9509-9514.

BibTeX: 

Zuletzt aktualisiert 2019-02-01 um 14:10

Link teilen