Sintonia Eletrostática da Fotoluminescência em Transístores de Perovskita de Estado Sólido Completo

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

Resumo

Demonstramos um dispositivo semicondutor totalmente de estado sólido, baseado em perovskitas de haleto metálico epitaxiais monocristalinas, que permite o controle reversível da fotoluminescência da perovskita com uma tensão de porta. Fundamentalmente distinto dos díodos eletroluminescentes, tal transistor de efeito de campo de fotoluminescência utiliza o campo elétrico da porta para modular eletrostaticamente a densidade interfacial de cargas móveis, afetando assim os canais de recombinação radiativa e não radiativa dos fotoportadores. A variação da tensão de porta nesses transistors altera eficientemente a taxa de recombinação interfacial não radiativa e modula a intensidade da fotoluminescência em 65 a 98 por cento (dependendo da temperatura). Em condições favoráveis de polarização, pode-se alcançar a eliminação quase completa das perdas não radiativas. Esta funcionalidade, aliada à forte absorção e emissão na faixa do visível, possibilitada pelo alto coeficiente de absorção, bem como pela espessura controlável e morfologia macroscopicamente homogênea dos filmes epitaxiais de perovskita, resulta em altas eficiências quânticas de fotoluminescência externa realizadas em dispositivos de filme fino de grande área. Tais comutadores optoeletrônicos eletrostaticamente sintonizáveis, de alta eficiência e escaláveis, ampliam as aplicações potenciais das perovskitas de haleto metálico na fotônica e na optoeletrônica.

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.