RATIONALIZING DISORDER IN LEAD HALIDE PEROVSKITE NANOCRYSTAL SUPERLATTICIES

Perovskite nanocrystals are a class of semiconducting nanoparticles that have been attracting interest in the recent years for their bright and tunable optical emission which could be exploited in light-emitting diodes, photodetectors and as an active layer in solar cells. This thesis investigates this class of materials from the perspective of their ability to self-organize in three-dimensional solids, commonly referred to as superlattices. The interest in these macroscopic crystals is fueled by their ability to display distinctive collective properties, that are not present in the individual building blocks. In particular, this thesis explores the collective diffraction and optical properties arising in superlattices of perovskite nanocrystals, and how these properties can be influenced by variables like composition, nanocrystal size, ligand length, temperature and nucleation procedure. Analogously to atomic crystals, nanocrystal superlattices also exhibit structural disorder, which arises from the displacement of nanocrystals from their ideal positions defined by the superlattice crystalline structure. It is the purpose of this thesis to explore the influence of different variables on the magnitude of this structural disorder, investigate how it propagates and eventually correlate the appearance of collective features in superlattices to the magnitude of disorder.

I nanocristalli di perovskite sono una classe di nanoparticelle semiconduttrici che hanno attirato grande interesse negli ultimi anni per la loro emissione di luce altamente efficiente e modificabile, che potrebbe essere sfruttata per la realizzazione di diodi a emissione di luce, fotorivelatori e come strato assorbente nelle celle solari. Questa tesi esplora questi materiali dal punto di vista della loro capacità di autoassemblarsi in solidi tridimensionali, detti superreticoli. L'interesse per questi superreticoli risiede nella possibilità di manifestare proprietà collettive, che non sono presenti nei nanocristalli singoli. In particolare, questa tesi esplora le proprietà collettive di diffrazione e ottiche che emergono nei superreticoli di nanocristalli di perovskite, e come esse siano influenzabili da variabili quali la composizione, la dimensione dei nanocristalli, la lunghezza dei leganti, la temperatura e le condizioni di nucleazione. Analogamente ai cristalli atomici, anche i superreticoli di nanocristalli esibiscono disordine strutturale, dovuto allo scostamento dei nanocristalli dalle posizioni ideali definite dalla struttura cristallina del superreticolo. L'obiettivo di questa tesi è esplorare come le diverse variabili influenzino il grado di disordine strutturale, comprenderne i meccanismi di propagazione e infine stabilire una correlazione tra il grado di disordine e l'osservabilità delle proprietà collettive nei superreticoli.