Как зеркальные перовскиты меняют направление фототока

Исследователи Института науки Токио показали, что направление фототока в двумерном гибридном перовските можно менять выбором правой или левой формы органической молекулы. В зеркальных вариантах кристалла макроскопическая поляризация была направлена противоположно, и знак фототока кругового фотогальванического эффекта тоже менялся. О результате институт сообщил 2 октября 2026 года. Работа опубликована в журнале Nano Letters.

Группой руководил профессор Кодзи Танигути. В исследовании также участвовали аспирант Ити Нарусэ и ассистент-профессор По-Жун Хуан с химического отделения Института науки Токио. Учёные подобрали геометрию освещения, которая помогла отделить фототок внутри кристалла от возможного поверхностного отклика. Сообщение Института науки Токио опубликовал Phys.org.

Как симметрия задаёт направление тока

Круговой фотогальванический эффект возникает в материалах без центра инверсии, то есть в кристаллах, чья структура не совпадает сама с собой после мысленного отражения через центральную точку. Электрическое поле кругового света вращается по мере распространения. Направление этого вращения может быть правым или левым, и в подходящем кристалле его смена разворачивает фототок.

Образцы состояли из чередующихся слоёв иодида свинца и катионов 1-(п-толил)этиламмония. Атомы свинца обеспечивали сильное спин-орбитальное взаимодействие, связывающее движение электронов с их спином. Органические катионы имели постоянные электрические диполи, поэтому весь кристалл получал макроскопическую полярность.

Сначала образцы освещали круговым светом, падавшим перпендикулярно поверхности. Исследователи зарегистрировали фототок поперёк направления поляризации кристалла. При смене правой спиральности света на левую ток менял направление. Затем электроды повернули на 90 градусов и измерили сигнал вдоль поляризации. Вдоль этой оси зависящего от спиральности света тока не обнаружили.

Такой результат соответствовал ограничениям, которые симметрия объёмного кристалла накладывает на направление отклика. При нормальном падении света геометрия измерения подавляла поверхностный вклад, но оставляла объёмный сигнал. Когда свет направляли под углом 45 градусов, ток появлялся по обеим измеряемым осям. В этом случае в сигнал уже могли входить поверхностные состояния.

Представим условный кристалл как помещение, где проход разрешён только поперёк линии на полу. При освещении сверху носители заряда могут двигаться по этому проходу, но не вдоль линии. Если направить свет сбоку, меняется симметрия всей схемы, и по одному измерению уже труднее определить, возник сигнал в глубине материала или на его поверхности. Сравнение показывает роль геометрии, но не описывает движение отдельных электронов.

Дополнительную проверку провели на двух хирально-полярных кристаллах. Они содержали правый либо левый энантиомер органической молекулы. Это две формы одного состава, которые относятся друг к другу как несовмещаемые зеркальные изображения. Молекулярная хиральность задавала противоположные направления поляризации кристаллов, и между двумя образцами знак фототока также менялся на противоположный.

Таким образом, симметрия определяет, по какой оси объёмный фототок разрешён в выбранной геометрии, а хиральность органического компонента задаёт поляризацию кристалла и знак этого тока. Направление отклика можно выбрать уже при подборе правого или левого энантиомера. Это не означает, что на основе материала уже создан готовый прибор.

В сообщении Института науки Токио нет величины фототока, длины волны и интенсивности света, температуры, числа образцов и статистики воспроизводимости. Полный текст публикации и дополнительные материалы не входили в доступный пакет, поэтому подробности синтеза, устройство электродов и обработку данных проверить нельзя. Эти параметры нужны для полного описания эксперимента при подготовке научной статьи и для сравнения результата с другими материалами. Авторы упоминают возможные фотодетекторы, чувствительные к спиральности света, и опто-спинтронные материалы, однако испытаний готового устройства в сообщении нет.