Photocarrier-induced persistent structural polarization in soft-lattice lead halide perovskites

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作者
Qi Qian,Zhong Wan,Hiroyuki Takenaka,Jong K. Keum,Tyler J. Smart,Laiyuan Wang,Peiqi Wang,Jingyuan Zhou,Huaying Ren,Dong Xu,Yu Huang,Yuan Ping,Xiangfeng Duan
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Springer Nature]
卷期号:18 (4): 357-364 被引量:47
标识
DOI:10.1038/s41565-022-01306-x
摘要

The success of the lead halide perovskites in diverse optoelectronics has motivated considerable interest in their fundamental photocarrier dynamics. Here we report the discovery of photocarrier-induced persistent structural polarization and local ferroelectricity in lead halide perovskites. Photoconductance studies of thin-film single-crystal CsPbBr3 at 10 K reveal long-lasting persistent photoconductance with an ultralong photocarrier lifetime beyond 106 s. X-ray diffraction studies reveal that photocarrier-induced structural polarization is present up to a critical freezing temperature. Photocapacitance studies at cryogenic temperatures further demonstrate a systematic local phase transition from linear dielectric to paraelectric and relaxor ferroelectric under increasing illumination. Our theoretical investigations highlight the critical role of photocarrier-phonon coupling and large polaron formation in driving the local relaxor ferroelectric phase transition. Our findings show that this photocarrier-induced persistent structural polarization enables the formation of ferroelectric nanodomains at low temperature, which suppress carrier recombination and offer the possibility of exploring intriguing carrier-phonon interplay and the rich polaron photophysics.
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