Dynamic disorder, phonon lifetimes, and the assignment of modes to the vibrational spectra of methylammonium lead halide perovskites

文献情報

出版日 2016-06-17
DOI 10.1039/C6CP03474H
インパクトファクター 3.676
著者

Aurélien M. A. Leguy, Jarvist M. Frost, Jonathan Skelton, Federico Brivio, Xabier Rodríguez-Martínez, Oliver J. Weber, Anuradha Pallipurath, M. Isabel Alonso, Mariano Campoy-Quiles, Mark T. Weller, Aron Walsh, Piers R. F. Barnes


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要旨

We present Raman and terahertz absorbance spectra of methylammonium lead halide single crystals (MAPbX3, X = I, Br, Cl) at temperatures between 80 and 370 K. These results show good agreement with density-functional-theory phonon calculations. Comparison of experimental spectra and calculated vibrational modes enables confident assignment of most of the vibrational features between 50 and 3500 cm−1. Reorientation of the methylammonium cations, unlocked in their cavities at the orthorhombic-to-tetragonal phase transition, plays a key role in shaping the vibrational spectra of the different compounds. Calculations show that these dynamic effects split Raman peaks and create more structure than predicted from the independent harmonic modes. This explains the presence of extra peaks in the experimental spectra that have been a source of confusion in earlier studies. We discuss singular features, in particular the torsional vibration of the C–N axis, which is the only molecular mode that is strongly influenced by the size of the lattice. From analysis of the spectral linewidths, we find that MAPbI3 shows exceptionally short phonon lifetimes, which can be linked to low lattice thermal conductivity. We show that optical rather than acoustic phonon scattering is likely to prevail at room temperature in these materials.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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