В Центре квантовых метаматериалов состоялся научный семинар, посвященный предсказанию ширины запрещенной зоны галогенидных перовскитов на основе симметрийного подхода.

Ведущий научный сотрудник МФТИ М. В. Таланов представил свой доклад "Симметрийный подход к управлению шириной запрещённой зо-ны в галогенидных перовскитах", который был посвящён двум взаимосвязанным темам.Первая часть представляла общий теоретико-групповой подход к описанию структуры перовскитов, позволяющий выполнить полную декомпозицию искажений на независимые моды. Во второй части этот метод применялся к конкретному классу материалов – галогенидным перовскитам свинца.

Рациональное управление шириной запрещённой зоны галогенидных перовскитов остаётся фундаментальной задачей для фотоэлектрических применений. Эмпирические дескрипторы, повсеместно используемые для прогнозирования новых материалов, такие как фактор толерантности Гольдшмидта [1-3], не способны описать сложную взаимосвязь между структурой и свойствами из-за множества структурных степеней свободы в перовскитоподобных кристаллах [4].

Доклад посвящён двум взаимосвязанным темам.

Первая часть представляет общий теоретико-групповой подход к описанию структуры перовскитов [5], позволяющий выполнить полную декомпозицию искажений на независимые моды. Во второй части этот метод применяется к конкретному классу материалов – галогенидным перовскитам свинца.

На примере γ-фазы CsPbI₃ (пр. гр. Pnma) с использованием теории групп и DFT-расчётов впервые количественно разделены противоположные по знаку эффекты влияния на ширину запрещённой зоны со стороны наклонов октаэдров и деформаций решётки [6–8]. Предложен структурный дескриптор на основе амплитуд синфазных и асинфазных наклонов, устанавливающий универсальную корреляцию с экспериментальной шириной запрещенной зоны для ряда составов: разных галогенидов (I, Br, Cl), A-катионов (неорганических и органических) и кристаллических фаз (орторомбической, тетрагональной). Дескриптор работает как при варьировании состава, так и при внешнем давлении. Предсказательная сила подхода продемонстрирована на аддитивной модели, которая прогнозирует эволюцию ширины запрещенной зоны CsPbI₃ под давлением со средней абсолютной погрешностью 0.006 эВ (отн. погрешность 0.34%). Модель успешно описывает экспериментальные тренды в твёрдых растворах Cs_1-xRb_xPbBr₃ и Cs_1-xRb_xPbCl₃, подтверждая универсальность метода.

Разработанная методология преодолевает ограничения эмпирических дескрипторов [1–3], создавая строгую симметрийную основу для рационального дизайна перовскитов [5]. Представленный подход открывает возможности для направленного поиска составов с оптимальными функциональными характеристиками.

[1] M. R. Filip et al., Nat. Commun., 5, 5757 (2014).

[2] X. G. Zhao et al., Mater. Today, 49, 107 (2021).

[3] J. L. Knutson et al., Inorg. Chem., 44, 4699 (2005).

[4] M. W. Lufaso & P. M. Woodward, Acta Crystallogr., B 57, 725 (2001).

[5] M. V. Talanov & E. G. Trotsenko, Mater. Horiz., 13, 3507 (2026).

[6] D. Liu et al., Nat. Mater., 20, 1337 (2021).

[7] Y. Wang et al., Nat. Rev. Chem., 9, 261 (2025).

[8] Z. Chen et al., J. Phys. Chem. Lett., 15, 1652 (2024).