基于卤化铅钙钛矿材料的法拉第旋光特性研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lanrong
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近年来,随着器件小型化和光学集成化的发展,开发具有大尺寸、高的Verdet常数、生长方式简单、光学质量高的新型磁光材料是目前的研究热点。有机无机钙钛矿单晶因具有溶液可加工性、吸收系数高、载流子寿命长、自旋极化发射、光诱导磁化和长自旋寿命等光学磁学特性,在磁光等研究方向得到了大量的关注。为探究钙钛矿单晶用于法拉第旋转器的可行性,本文主要采用优化后的逆温结晶法(ITC)制备CH3NH3Pb X3(X=Cl,Br)(CH3NH3+=MA+)单晶。对单晶的结构、性能等进行表征,并搭建法拉第旋光测试系统,对MAPb X3(X=Cl,Br)单晶的旋光特性进行探究,最后对基于MAPb X3(X=Cl,Br)单晶在光隔离器的应用前景进行探讨。取得了以下研究成果:(1)在传统的逆温结晶法的基础上进行优化,控制温度、外界环境对单晶的影响,合成了高质量大尺寸的钙钛矿单晶。经过优化后的逆温结晶法制备的MAPb X3(X=Cl,Br)为立方单晶体系,生长的单晶纯度较高,没有杂质产生,尺寸较大,晶体质量较高。(2)搭建了法拉第旋光测试系统,在高达1 T的磁场下对所制备的MAPb X3(X=Cl,Br)单晶进行旋光测试,并结合Becquerel公式对钙钛矿单晶Verdet常数的影响因素进行了理论分析。可以发现,MAPb Cl3单晶在435 nm处的Verdet常数为411 rad/(T?m),MAPb Br3单晶在570 nm处的Verdet常数为418 rad/(T?m)。在435 nm处MAPb Cl3单晶的Verdet常数比行业标准铽镓石榴石TGG单晶的Verdet常数大约高1.5倍。通过改变卤素,钙钛矿的法拉第旋转可以扩展到光谱的紫外-可见部分。(3)通过隔离透明度实验计算以及瞬态热响应仿真模拟探究了MAPb X3(X=Cl,Br)单晶在光隔离器的应用前景。以MAPb Cl3单晶为例,经计算发现由其制成的光学隔离器在波长为435 nm、450 nm,磁场为0.32 T下均可达到90%的隔离透明度。此外,在器件优化方面结合导热系数、密度、比热容等参数模拟了该单晶的瞬态热响应。可以发现,MAPb Cl3单晶具有低的温度依赖性和良好的热扩散特性。研究工作表明,钙钛矿单晶具有良好的磁光特性,同时通过改变材料的卤素结构,可以控制器件的工作波长,为基于钙钛矿单晶的电光隔离器件的实际应用提供了新的方向。
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