海德堡研究所開發(fā)出新型有機(jī)-無機(jī)半導(dǎo)體可產(chǎn)生圓偏振光

海德堡大學(xué)物理化學(xué)研究所的Felix Deschler教授和博士研究小組生產(chǎn)了一種半導(dǎo)體，該半導(dǎo)體可以有效地產(chǎn)生光，同時(shí)還能賦予光旋轉(zhuǎn)。研究人員表示，手性鈣鈦礦材料具有巨大的技術(shù)潛力，可用于光電子、電信和信息處理領(lǐng)域。

產(chǎn)生明亮的圓偏振光長期以來一直是材料科學(xué)的目標(biāo)。人們認(rèn)為，同時(shí)實(shí)現(xiàn)獨(dú)特的手性（光在給定方向上的旋轉(zhuǎn)）和高光致發(fā)光量子效率（PLQE）是極其困難的。PLQE值反映了材料的發(fā)光能力。無機(jī)半導(dǎo)體可以產(chǎn)生高水平的亮度，但通常具有較低的光偏振度。相比之下，有機(jī)分子半導(dǎo)體確實(shí)具有高偏振性，但其亮度通常受到黑暗條件造成的損失的限制。迄今為止，還缺乏一種真正將無機(jī)半導(dǎo)體的高發(fā)光量子效率和有機(jī)分子系統(tǒng)的強(qiáng)手性結(jié)合起來的材料。

為了同時(shí)獲得所需的亮度和高偏振度，海德堡研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種具有層狀結(jié)構(gòu)的混合金屬鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體。作為混合成分，科學(xué)家們將定制的手性有機(jī)分子集成到鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中。使用芳香環(huán)中具有適當(dāng)位置的鹵素原子的芳香小分子，形成了獨(dú)特的手性鈣鈦礦，其結(jié)構(gòu)標(biāo)識為R／S－3BrMBA2PbI4。海德堡大學(xué)博士生劉尚普表示，如此顯著地改變結(jié)構(gòu)但仍保持良好材料性能的能力強(qiáng)調(diào)了鈣鈦礦材料容忍晶體結(jié)構(gòu)變形的能力。

手性 3BrMBA2PbI4 鈣鈦礦由于其嚴(yán)重變形的晶體結(jié)構(gòu)，即使在室溫下也比其他材料具有更高程度的圓偏振發(fā)光。研究人員利用先進(jìn)的超快激光光譜研究，能夠破譯這種獨(dú)特光產(chǎn)生的機(jī)制。發(fā)現(xiàn)的偏振和亮度值超過了以前使用的手性半導(dǎo)體的已知值。

此外，研究人員還能夠證明這些新材料對于依賴圓偏振光的用途非常有前景。他們使用這些組件創(chuàng)建了光探測器，可以跟蹤和區(qū)分入射光的手性。除了在光探測器上的應(yīng)用，研究小組還創(chuàng)造了發(fā)光二極管，其通過電力來產(chǎn)生光。

這項(xiàng)研究是 Deschler 教授的 ERC 起始資助項(xiàng)目的一部分，題為“扭曲鈣鈦礦——高發(fā)光金屬鹵化物鈣鈦礦中自旋和手性的控制”，其研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

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