Étude de la dynamique vibrationnelle de pérovskites 2D hybrides organiques-inorganiques par spectroscopie Raman

Abstract

Ce mémoire traite de l’étude de la dynamique vibrationnelle de deux pérovskites hybrides composés d’une couche inorganique séparée par des chaînes organiques (2D) en utilisant des mesures de spectroscopie Raman. Leur structure 2D étant composée de plans inorganiques séparés par des cations organiques, cela impose une dimensionalité réduite qui favorise un confinement quantique et diélectrique. Dans ce travail de recherche, les deux pérovskites hybrides étudiés sont : le (C4H12N)2PbI4 ainsi que le (C8H12N)2PbI4, communément appelés (NBT)2PbI4 et (PEA)2PbI4. La principale différence réside dans leur partie organique qui contient des cations alkyles linéaires (C4H12N)2=(NBT)2 pour le premier pérovskite tandis que le second contient des empilements phenyl (C8H12N)2(PEA)2. Les mesures Raman à basse température ont révélé cinq modes inorganiques et six modes organiques pour le pour le (NBT)2PbI4 ainsi qu’un mode inorganique et trois modes organiques pour le (PEA)2PbI4. De plus, la comparaison des mesures Raman en fonction de la température pour les deux pérovskites révèle des différences pour tous les pics vibrationnels dans le désordre dynamique de ces échantillons, suggérant que les cations organiques ont une grande influence sur la réorganisation dans leur maille élémentaire. Ces comportements pourraient aussi être comparés avec des mesures d’absorption, de photoluminescence et de conductivité en fonction de la température. Les résultats illustrent l’importance et le rôle des cations organiques dans les pérovskites 2D hybrides organiques-inorganiques.

In this work, we investigate the vibrational spectrum of two distinct two-dimensional hybrid organic-inorganic perovskites by means of non-resonant Raman spectroscopy. Their particular 2D structure is composed of inorganic lead-ioded layers separated by organic cations, which induces a quantum and dielectric confinement. Two different perovskites are investigated in this work. The first one is (C4H12N)2PbI4 which stands for (NBT)2PbI4 and the second one is (C8H12N)2PbI4, also named (PEA)2PbI4. These two derivatives were carefully selected in order to probe the effects of their organic cation on the lattice dynamics. The organic cation in (NBT)2PbI4 is composed of a linear alkyl group (C4H12N)2=(NBT)2 whereas the one in (PEA)2PbI4 contains a phenyl-substituted ammonium (C8H12N)2=(PEA)2 derivative. Low-temperature Raman measurements revealed five main inorganic modes and six organic modes for (NBT)2PbI4, as well as one inorganic mode and three organic modes for (PEA)2PbI4. In addition, temperature dependent Raman spectra of these two materials revealed several differences in the dynamic disorder as the organic cation seems to have an important role, especially for (PEA)2PbI4. These results highlight the importance of the organic cation in lattice reorganization and dynamic disorder for 2D hybrid organic-inorganic perovskites.