Sintonización Electroestática de la Fotoluminiscencia en Transistores de Perovskita de Estado Sólido

Electrostatic Photoluminescence Tuning in All-Solid-State Perovskite Transistors

March 26, 2026

Autores: Vladimir Bruevich, Dmitry Maslennikov, Beier Hu, Artem A. Bakulin, Vitaly Podzorov

cs.AI

Resumen

Demostramos un dispositivo semiconductor totalmente de estado sólido, basado en perovskitas de haluro metálico epitaxiales y monocristalinas, que permite el control reversible de la fotoluminiscencia del material mediante un voltaje de puerta. Fundamentalmente distinto de los diodos electroluminiscentes, este transistor de efecto de campo de fotoluminiscencia utiliza el campo eléctrico de la puerta para modular electrostáticamente la densidad interfacial de cargas móviles, afectando así los canales de recombinación radiativa y no radiativa de los fotoportadores. La variación del voltaje de puerta en estos transistores modifica eficazmente la tasa de recombinación interfacial no radiativa y modula la intensidad de la fotoluminiscencia entre un 65 y un 98 por ciento (dependiendo de la temperatura). Con una polarización de puerta favorable, se puede lograr la eliminación casi completa de las pérdidas no radiativas. Esta funcionalidad, unida a la fuerte absorción y emisión en el rango visible —posible gracias al alto coeficiente de absorción—, así como al espesor controlable y a la morfología macroscópicamente homogénea de las películas epitaxiales de perovskita, permite alcanzar altas eficiencias cuánticas de fotoluminiscencia externa en dispositivos de película delgada de gran área. Estos conmutadores optoelectrónicos electrostáticamente sintonizables, de alta eficiencia y escalables, amplían las aplicaciones potenciales de las perovskitas de haluro metálico en fotónica y optoelectrónica.

English

We demonstrate an all solid state semiconductor device, based on epitaxial single crystalline metal halide perovskites, enabling reversible control of a perovskite photoluminescence with a gate voltage. Fundamentally distinct from electroluminescent diodes, such a photoluminescence field effect transistor uses the gate electric field to electrostatically modulate the interfacial density of mobile charges, thereby affecting the radiative and nonradiative recombination channels of photocarriers. Varying the gate voltage in such transistors efficiently changes the rate of nonradiative interfacial recombination and modulates the photoluminescence intensity by 65 to 98 percent (depending on temperature). At favorable gating, nearly complete elimination of non-radiative losses can be achieved. This functionality, coupled with the strong visible-range absorption and emission, possible due to the high absorption coefficient, as well as controllable thickness and macroscopically homogeneous morphology of epitaxial perovskite films, leads to high external photoluminescence quantum efficiencies realized in large-area, thin-film devices. Such high-efficiency, scalable, electrostatically tunable optoelectronic switches broaden the potential applications of metal-halide perovskites in photonics and optoelectronics.