Due to the presence of heavy elements and the dynamic nature of hybrid halide perovskites, the strong spin–orbit coupling effect can give rise to Rashba band splitting in these materials. Despite many reports on the Rashba effect in 3D perovskites like CH3NH3PbI3, little is known about its presence in two-dimensional Ruddlesden–Popper (2DRP) perovskites. In this work, we use first-principle calculations to investigate the magnitude and origin of the Rashba effect in three families of 2DRP perovskites. We demonstrate the correlation between the splitting magnitude and the octahedron distortions. Moreover, different numbers of inorganic layers, spacer cations, and A-site cations have a great influence on the Rashba splitting through different mechanisms. While structures with C6H5C2H4NH3 (PEA) have a significant Rashba splitting only in the monolayer condition, C4H9NH3 (BA) induces large distortion by tilting the CH3NH3 (MA) cations around all octahedrons, giving rise to a larger Rashba splitting with an increasing number of inorganic layers. Our work elucidates the magnitude and origin of the Rashba splitting in 2DRP perovskites and provides guidelines for the manipulation of the Rashba splitting in these materials.

1.
I. C.
Smith
,
E. T.
Hoke
,
D.
Solis-Ibarra
,
M. D.
McGehee
, and
H. I.
Karunadasa
,
Angew. Chem. Int. Ed.
53
,
11232
(
2014
).
2.
D. H.
Cao
,
C. C.
Stoumpos
,
O. K.
Farha
,
J. T.
Hupp
, and
M. G.
Kanatzidis
,
J. Am. Chem. Soc.
137
,
7843
(
2015
).
3.
H.
Tsai
,
W.
Nie
,
J.-C.
Blancon
,
C. C.
Stoumpos
,
R.
Asadpour
,
B.
Harutyunyan
,
A. J.
Neukirch
,
R.
Verduzco
,
J. J.
Crochet
,
S.
Tretiak
,
L.
Pedesseau
,
J.
Even
,
M. A.
Alam
,
G.
Gupta
,
J.
Lou
,
P. M.
Ajayan
,
M. J.
Bedzyk
,
M. G.
Kanatzidis
, and
A. D.
Mohite
,
Nature
536
,
312
(
2016
).
4.
Y.
Chen
,
Y.
Sun
,
J.
Peng
,
J.
Tang
,
K.
Zheng
, and
Z.
Liang
,
Adv. Mater.
30
,
1703487
(
2018
).
5.
L. N.
Quan
,
M.
Yuan
,
R.
Comin
,
O.
Voznyy
,
E. M.
Beauregard
,
S.
Hoogland
,
A.
Buin
,
A. R.
Kirmani
,
K.
Zhao
,
A.
Amassian
,
D. H.
Kim
, and
E. H.
Sargent
,
J. Am. Chem. Soc.
138
,
2649
(
2016
).
6.
C. C.
Stoumpos
,
D. H.
Cao
,
D. J.
Clark
,
J.
Young
,
J. M.
Rondinelli
,
J. I.
Jang
,
J. T.
Hupp
, and
M. G.
Kanatzidis
,
Chem. Mater.
28
,
2852
(
2016
).
7.
R.
Quintero-Bermudez
,
A.
Gold-Parker
,
A. H.
Proppe
,
R.
Munir
,
Z.
Yang
,
S. O.
Kelley
,
A.
Amassian
,
M. F.
Toney
, and
E. H.
Sargent
,
Nat. Mater.
17
,
900
(
2018
).
8.
Z.
Liu
,
G.
Na
,
F.
Tian
,
L.
Yu
,
J.
Li
, and
L.
Zhang
,
InfoMat
2
,
879
(
2020
).
9.
F.
Zheng
,
L. Z.
Tan
,
S.
Liu
, and
A. M.
Rappe
,
Nano Lett.
15
,
7794
(
2015
).
10.
A.
Manchon
,
H. C.
Koo
,
J.
Nitta
,
S. M.
Frolov
, and
R. A.
Duine
,
Nat. Mater.
14
,
871
(
2015
).
11.
M.
Kim
,
J.
Im
,
A. J.
Freeman
,
J.
Ihm
, and
H.
Jin
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
111
,
6900
(
2014
).
12.
M.
Kepenekian
,
R.
Robles
,
C.
Katan
,
D.
Sapori
,
L.
Pedesseau
, and
J.
Even
,
ACS Nano
9
,
11557
(
2015
).
13.
T.
Etienne
,
E.
Mosconi
, and
F.
De Angelis
,
J. Phys. Chem. Lett.
7
,
1638
(
2016
).
14.
E. M.
Hutter
,
M. C.
Gélvez-Rueda
,
A.
Osherov
,
V.
Bulović
,
F. C.
Grozema
,
S. D.
Stranks
, and
T. J.
Savenije
,
Nat. Mater.
16
,
115
(
2017
).
15.
P.
Azarhoosh
,
S.
McKechnie
,
J. M.
Frost
,
A.
Walsh
, and
M.
van Schilfgaarde
,
APL Mater.
4
,
091501
(
2016
).
16.
X.
Zhang
,
J.-X.
Shen
, and
C. G.
Van de Walle
,
J. Phys. Chem. Lett.
9
,
2903
(
2018
).
17.
C.
Zheng
,
S.
Yu
, and
O.
Rubel
,
Phys. Rev. Mater.
2
,
114604
(
2018
).
18.
M.
Kepenekian
and
J.
Even
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
3362
(
2017
).
19.
T.
Etienne
,
E.
Mosconi
, and
F.
De Angelis
,
J. Phys. Chem. C
122
,
124
(
2018
).
20.
Z.-G.
Yu
,
J. Phys. Chem. C
122
,
29607
(
2018
).
21.
E.
Mosconi
,
T.
Etienne
, and
F.
De Angelis
,
J. Phys. Chem. Lett.
8
,
2247
(
2017
).
22.
S. B.
Todd
,
D. B.
Riley
,
A.
Binai-Motlagh
,
C.
Clegg
,
A.
Ramachandran
,
S. A.
March
,
I. G.
Hill
,
M. G.
Kanatzidis
,
Z.-G.
Yu
, and
K. C.
Hall
,
APL Mater.
7
,
081116
(
2019
).
23.
X.
Chen
,
H.
Lu
,
Z.
Li
,
Y.
Zhai
,
P. F.
Ndione
,
J. J.
Berry
,
K.
Zhu
,
Y.
Yang
, and
M. C.
Beard
,
ACS Energy Lett.
3
,
2273
(
2018
).
24.
Y.
Zhai
,
S.
Baniya
,
C.
Zhang
,
J.
Li
,
P.
Haney
,
C.-X.
Sheng
,
E.
Ehrenfreund
, and
Z. V.
Vardeny
,
Sci. Adv.
3
,
e1700704
(
2017
).
25.
J.
Hu
,
L.
Yan
, and
W.
You
,
Adv. Mater.
30
,
1802041
(
2018
).
26.
J.
Yin
,
P.
Maity
,
L.
Xu
,
A. M.
El-Zohry
,
H.
Li
,
O. M.
Bakr
,
J.-L.
Brédas
, and
O. F.
Mohammed
,
Chem. Mater.
30
,
8538
(
2018
).
27.
C. W.
Myung
,
S.
Javaid
,
K. S.
Kim
, and
G.
Lee
,
ACS Energy Lett.
3
,
1294
(
2018
).
28.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Phys. Rev. B
54
,
11169
(
1996
).
29.
G.
Kresse
and
J.
Furthmüller
,
Comput. Mater. Sci.
6
,
15
(
1996
).
30.
P. E.
Blöchl
,
Phys. Rev. B
50
,
17953
(
1994
).
31.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
32.
J.
Klimeš
,
D. R.
Bowler
, and
A.
Michaelides
,
Phys. Rev. B
83
,
195131
(
2011
).
33.
J.
Heyd
,
G. E.
Scuseria
, and
M.
Ernzerhof
,
J. Chem. Phys.
118
,
8207
8215
(
2003
).
34.
M.
Saliba
,
T.
Matsui
,
J.-Y.
Seo
,
K.
Domanski
,
J.-P.
Correa-Baena
,
M. K.
Nazeeruddin
,
S. M.
Zakeeruddin
,
W.
Tress
,
A.
Abate
,
A.
Hagfeldt
, and
M.
Grätzel
,
Energy Environ. Sci.
9
,
1989
(
2016
).
35.
X.
Jia
,
C.
Zuo
,
S.
Tao
,
K.
Sun
,
Y.
Zhao
,
S.
Yang
,
M.
Cheng
,
M.
Wang
,
Y.
Yuan
,
J.
Yang
,
F.
Gao
,
G.
Xing
,
Z.
Wei
,
L.
Zhang
,
H.-L.
Yip
,
M.
Liu
,
Q.
Shen
,
L.
Yin
,
L.
Han
,
S.
Liu
,
L.
Wang
,
J.
Luo
,
H.
Tan
,
Z.
Jin
, and
L.
Ding
,
Sci. Bull.
64
,
1532
(
2019
).
36.
Z.-G.
Yu
,
J. Phys. Chem. Lett.
7
,
3078
(
2016
).
37.
Q.
Xu
,
A.
Stroppa
,
J.
Lv
,
X.
Zhao
,
D.
Yang
,
K.
Biswas
, and
L.
Zhang
,
Phys. Rev. Mater.
3
,
125401
(
2019
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.