Sintonizzazione elettroluminescente elettrostatica in transistor perovskitici a stato solido

Electrostatic Photoluminescence Tuning in All-Solid-State Perovskite Transistors

March 26, 2026

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

cs.AI

Abstract

Dimostriamo un dispositivo semiconduttore completamente allo stato solido, basato su perovskite ad alogenuro metallico epitassiale monocristallina, che consente il controllo reversibile della fotoluminescenza della perovskite mediante una tensione di gate. Fondamentalmente distinto dai diodi elettroluminescenti, un tale transistor ad effetto di campo a fotoluminescenza utilizza il campo elettrico di gate per modulare elettrostaticamente la densità interfacciale di cariche mobili, influenzando così i canali di ricombinazione radiativa e non radiativa dei fotoportatori. La variazione della tensione di gate in tali transistor modifica efficientemente la velocità di ricombinazione interfacciale non radiativa e modula l'intensità della fotoluminescenza dal 65 al 98 percento (a seconda della temperatura). In condizioni di gate favorevoli, è possibile ottenere una quasi completa eliminazione delle perdite non radiative. Questa funzionalità, unita alla forte assorbimento ed emissione nel visibile, resa possibile dall'elevato coefficiente di assorbimento, nonché dallo spessore controllabile e dalla morfologia macroscopicamente omogenea dei film epitassiali di perovskite, porta ad alte efficienze quantiche di fotoluminescenza esterna realizzate in dispositivi a film sottile di grande area. Tali commutatori optoelettronici ad alta efficienza, scalabili e elettrostaticamente regolabili ampliano le potenziali applicazioni delle perovskite ad alogenuro metallico nella fotonica e nell'optoelettronica.

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.