来自苏黎世联邦理工学院，Empa和斯坦福大学的研究人员已经拍摄了钙钛矿纳米晶体在受激发电子变形时的晶体结构快照。令他们惊讶的是，这种变形使扭曲的晶体结构变直，而不是使其更加混乱。

　　如果能够观察材料内部，实时观察其原子和电子的运动，许多科学和技术问题都可以很容易地解决。以卤化物钙钛矿为例，近年来，一类矿物因其在从太阳能电池到量子技术等各种技术中的应用而变得非常流行，物理学家长期以来一直试图了解其优异的光学特性。

　　由苏黎世联邦理工学院的Nuri Yazdani和Vanessa Wood以及斯坦福大学的Aaron Lindenberg领导的一个研究小组，以及位于d

　　本多夫的Empa的同事们，通过研究纳米晶体内原子的运动，以几十亿分之一秒的时间分辨率，在我们对钙钛矿的理解方面取得了重大进展。他们最近在《自然物理学》上发表了他们的发现。

　　Yazdani说:“卤化物钙钛矿对许多光电应用都很有用。”“但在某些方面，这类材料如何能表现出如此出色的光学和电子特性令人困惑。”钙钛矿是一种与“原始”钙钛矿钛酸钙(CaTiO3)具有相同晶体结构的矿物。

　　研究人员知道，当钙钛矿吸收光时，被激发到更高能量的电子会发生碰撞我只是想拍照材料内部的non。越南河粉非子是晶体中原子的集体振动，类似于声波。“人们通常认为晶体中每个原子的平均位置是固定的，但事实并非如此当电子的光学激发导致晶格的大规模重组时，这是可能的，”Yazdani解释说。因此，研究人员必须回答的问题是:钙钛矿中被激发的电子是如何改变晶格形状的?

　　为了了解由Maryna Bodnarchuk和ETH教授Maksym Kovalenko在Empa合成的钙钛矿(甲氨基溴化铅)的内部结构，研究人员使用了斯坦福国家加速器实验室(SLAC)的超快电子衍射束线设备，该设备产生的非常短的电子脉冲仅持续100飞秒，即百万分之一秒。然后这些电子撞击大约10纳米大小的钙钛矿纳米晶体，衍射后的电子被收集在屏幕上。

　　由于电子是表现得像波的量子粒子，在从材料内部的原子中衍射出来之后，电子波会根据原子的位置和衍射的方向产生建设性或破坏性的干涉，就像光从双缝中出现一样。即使是晶体结构的微小变化也可以用这种方法测量出来。

　　ETH的研究人员利用SLAC光束线的一个特殊特征来拍摄光子吸收期间和之后的晶体结构快照:通过使用相同的激光来产生光子并触发电子脉冲，他们能够通过改变光子必须行进的距离来控制光子相对于电子到达纳米晶体的时间。通过对这些数百皮秒(十亿分之一秒)的快照的分析，可以看到由光激发的电子引起的晶格变形是如何随着时间的推移而演变的。

　　研究结果让研究人员大吃一惊。他们预计会看到晶格的变形，这应该会导致其对称性的降低。相反，他们观察到一种增加对称性的转变——被激发的电子略微拉直了钙钛矿扭曲的晶体结构。

　　从模型计算中，他们能够推断出几个激子——被激发的电子对和它们被激发后留下的带正电的空穴——可以合作使晶格变直。由于这降低了它们的总能量，激子有效地相互吸引。

　　Yazdani说:“了解电子-声子耦合的起源将使生产具有特定光学特性的钙钛矿变得更容易，这些特性是为特定应用量身定制的。”例如，用于下一代电视屏幕的钙钛矿纳米晶体可以涂在另一种材料的外壳中，以减少电子-声子耦合，从而减少发射光的谱线宽度。这已经在2022年由《自然物理学》论文的几位合著者证明了。

　　此外，由于激子之间的吸引相互作用类似于允许电流在超导体中流动而不损失的机制，因此可以利用这种吸引力来增强电子传输。这反过来又可以用于制造基于钙钛矿的太阳能电池。