Des chaînes homomères de liaisons intermoléculaires échafaudent des pérovskites octaédriques de germanium

Nature (2023)Citer cet article

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Les pérovskites avec des centres métalliques à faible rayon ionique (par exemple, les pérovskites Ge) subissent à la fois des contraintes géométriques et un gain d'énergie électronique grâce à la distorsion ; pour ces raisons, les tentatives de synthèse ne conduisent pas à des pérovskites octaédriques [GeI6], mais plutôt à celles-ci cristallisent en structures polaires non pérovskites1,2,3,4,5,6. Ici, inspirés par les principes des synthons supramoléculaires7,8, nous rapportons l'assemblage d'un échafaudage organique au sein de structures pérovskites dans le but d'influencer l'arrangement géométrique et la configuration électronique du cristal, entraînant la suppression de l'expression des paires isolées de Ge et modélisant les octaèdres symétriques. Nous constatons que, pour produire une liaison non covalente homomère étendue, le motif organique doit posséder des propriétés auto-complémentaires mises en œuvre à l'aide de sites donneurs et accepteurs distincts. Par rapport à la structure non pérovskite, les octaèdres [GeI6]4− résultants présentent une bande interdite directe avec un redshift significatif (plus de 0,5 eV, mesuré expérimentalement), une distorsion octaédrique 10 fois inférieure (déduite des données mesurées de diffraction des rayons X sur monocristal). ) et une mobilité des électrons et des trous 10 fois plus élevée (estimée par la théorie fonctionnelle de la densité). Nous montrons que le principe de cette conception ne se limite pas aux pérovskites Ge bidimensionnelles ; nous l'implémentons dans le cas de la pérovskite de cuivre (également un centre métallique à faible rayon), et nous l'étendons à des systèmes quasi bidimensionnels. Nous rapportons des photodiodes avec des pérovskites Ge qui surpassent leurs analogues non octaédriques et au plomb. La construction de sous-réseaux secondaires qui s'emboîtent avec une structure inorganique au sein d'un cristal offre un nouvel outil de synthèse pour modéliser des réseaux hybrides avec une distorsion et une disposition orbitale contrôlées, surmontant les limites des pérovskites conventionnelles.

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Les données cristallographiques des structures rapportées dans cet article ont également été déposées au Cambridge Crystallographic Data Centre, les numéros de dépôt étant indiqués dans les informations supplémentaires. Les données sont également disponibles sur demande.

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