Real space-time observation of electron-phonon coupling in lead halide perovskites by ultrafast nanoscopy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K14653
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
• Research Institution: Institute for Molecular Science
• Principal Investigator: Nishida Jun 分子科学研究所, メゾスコピック計測研究センター, 助教 (10907687)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 近接場分光 / 超高速分光 / 赤外分光 / 有機鉛ペロブスカイト / 時空間ダイナミクス / 励起子

Outline of Final Research Achievements

To understand spatio-temporal dynamics of carriers and excitons underlying the heterogeneous optoelectronic response in lead halide perovskites, we developed highly sensitive ultrafast infrared nanoimaging based on infrared scattering scanning near-field optical microscopy, which is sensitive to local densities of carriers and excitons. We applied this method to various low-dimensional materials, demonstrating the high sensitivity where the pump-induced change in the near-field scattering as small as 0.01% was detected. We employed this technique to study exfoliated crystals of two-dimensional perovskites and observed localized infrared pump-probe signals with the spatial resolution of ~50 nm and the temporal resolution of ~150 fs.

Free Research Field

基礎物理化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

開発した超高速赤外ナノイメージング法は多様な光半導体におけるキャリアダイナミクスの不均一性を明らかにするのに十分な分解能と感度を示していることが分かった。これによって、特に低次元物質などの大きな表面体積比を有する物質群で、基板や周囲との相互作用、また端状態によって誘起されるキャリアや励起子の空間的不均一性を明らかにするための一般的な手法を確立したと考えている。さらに真空剥離後に保護膜を蒸着した二次元ペロブスカイト結晶中で励起子ダイナミクスの不均一性が観測されており、結晶端などでの挙動を今後詳しく理解することで、励起子と格子の相互作用が時空間ダイナミクスに与える影響が明らかになると考えている。