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本研究由Daniela Täuber、Alexander Dobrovolsky、Rafael Camacho和Ivan G. Scheblykin共同完成，主要研究机构为瑞典隆德大学（Lund University）的化学物理系。研究论文发表在《Nano Letters》期刊上，于2016年7月27日在线发表。
本研究的主要科学领域是有机金属卤化物钙钛矿（organometal halide perovskites, OMHPs）的电子能带结构。OMHPs因其优异的光电性能和在光伏、发光等领域的潜在应用而备受关注。然而，尽管这些材料在过去几年中得到了广泛研究，其物理过程仍未被充分理解，尤其是其光学跃迁的起源。因此，本研究旨在通过研究单个纳米晶体的光致发光各向异性（photoluminescence anisotropy）来探索OMHPs的电子能带结构。
研究的背景知识包括OMHPs的半导体特性及其在溶液处理中的制备方法。OMHPs通常通过溶液结晶形成多晶薄膜，这些薄膜由不同形状和尺寸的颗粒组成，从纳米级到微米级不等。尽管OMHPs在光伏和发光应用中表现出色，但其电子能带结构的细节尚未完全阐明。理论计算预测，OMHPs的光学吸收谱源于多个价带和导带之间的跃迁，但这些预测尚未得到充分的实验验证。
本研究的目标是通过光致发光（PL）和PL激发（PLE）的偏振测量，揭示OMHPs的电子能带结构，特别是其光学跃迁的起源。通过研究单个纳米晶体的PL各向异性，研究团队希望能够揭示在体样品中被平均化效应掩盖的偏振特性。
本研究包括以下几个主要步骤：
研究团队通过溶液处理制备了甲基铵碘化铅（CH3NH3PbI3）钙钛矿纳米晶体。这些纳米晶体包括纳米线和纳米片，形状和尺寸各异。通过扫描电子显微镜（SEM）对纳米晶体的形貌进行了表征。
研究团队使用基于宽场荧光显微镜的二维偏振成像技术（2D-PolIM）来研究单个纳米晶体的PL和PLE偏振特性。该技术通过记录每个像素的PL强度随激发光和发射光偏振角度的变化，获得偏振肖像（polarization portrait），从而提取PL和PLE的调制深度（modulation depth）和相位角（phase angle）。
实验在不同温度（77K、152K和295K）下进行，以研究温度对PL和PLE偏振特性的影响。研究团队还通过改变激发光的波长（488 nm）来研究PL和PLE的偏振特性。
研究团队通过分析偏振肖像，提取了PL和PLE的调制深度和相位角。调制深度反映了PL和PLE的偏振程度，而相位角则反映了相应的跃迁偶极矩的平均方向。此外，研究团队还使用单漏斗近似（single-funnel approximation）来分析能量转移过程，计算了能量漏斗效率参数（ε）。
研究发现，纳米线的PL偏振程度较高，最大调制深度（mem）可达0.7，而PLE的偏振程度较低，最大调制深度（mex）仅为0.16。相比之下，纳米片的PL和PLE几乎无偏振。
PL偏振程度在低温下较高，而在室温下较低。研究团队认为，这是由于低温下热激活的甲基铵离子运动减少，导致PL偏振增强。
研究团队提出，PL偏振与钙钛矿晶体的不对称和扭曲结构有关。最低能带跃迁的跃迁偶极矩沿晶体结构的顶端方向排列，导致PL偏振。而PLE的偏振较弱，可能与激发光涉及多个跃迁偶极矩有关。
在77K下，陷阱辅助发射（trap-assisted emission）的偏振特性与带间发射（band-to-band emission）相似，表明陷阱辅助发射的跃迁偶极矩可能与带间发射的跃迁偶极矩方向一致。
本研究通过研究单个纳米晶体的PL和PLE偏振特性，揭示了OMHPs的电子能带结构。研究发现，PL偏振与晶体的不对称和扭曲结构密切相关，而PLE的偏振较弱，可能与激发光涉及多个跃迁偶极矩有关。此外，研究还发现陷阱辅助发射的偏振特性与带间发射相似，表明陷阱辅助发射的跃迁偶极矩可能与带间发射的跃迁偶极矩方向一致。
本研究的亮点包括： - 通过研究单个纳米晶体的PL和PLE偏振特性，揭示了OMHPs的电子能带结构。 - 发现PL偏振与晶体的不对称和扭曲结构密切相关，而PLE的偏振较弱。 - 揭示了陷阱辅助发射的偏振特性与带间发射相似，表明陷阱辅助发射的跃迁偶极矩可能与带间发射的跃迁偶极矩方向一致。
本研究还提出了通过偏振光谱学研究OMHPs电子能带结构的新方法，为未来研究提供了新的思路。此外，研究结果还为设计新型高效无毒混合半导体材料提供了重要参考。