海德堡大學(xué)物理化學(xué)研究所Felix Deschler教授博士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)了一種半導(dǎo)體，可以有效地產(chǎn)生光，同時使光產(chǎn)生一定的自旋。根據(jù)研究人員的說法，所謂的手性鈣鈦礦材料具有巨大的技術(shù)潛力，可以用于光電子、電信和信息處理等領(lǐng)域。

產(chǎn)生明亮的圓偏振光一直是材料科學(xué)的目標(biāo)。人們認(rèn)為，要實現(xiàn)明顯的手性(描述光在特定方向上的旋轉(zhuǎn))和高光致發(fā)光量子效率(PLQE)是非常困難的。PLQE值表達(dá)了材料發(fā)光的能力。無機半導(dǎo)體能夠發(fā)出高亮度，但通常表現(xiàn)出低光偏振。

相比之下，有機分子半導(dǎo)體確實具有高偏振，但它們的亮度往往受到黑暗條件下?lián)p失的限制。Felix Deschler報道說：“到目前為止，還沒有一種材料真正結(jié)合了無機半導(dǎo)體的高發(fā)光量子效率和有機分子系統(tǒng)的強手性�！�

為了同時獲得所需的亮度和高偏振，海德堡研究小組開發(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�？茖W(xué)家們將定制的手性有機分子集成到鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中作為混合組件。

新型半導(dǎo)體的超快激光光譜裝置

使用一個精確地將鹵原子置于芳環(huán)中的小芳香分子，產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)命名為R/S-3BrMBA2PbI4的新型手性鈣鈦礦。博士生Shangpu Liu解釋說：“能夠如此顯著地改變結(jié)構(gòu)，但仍然保持良好的材料性能，強調(diào)了鈣鈦礦材料容忍晶體結(jié)構(gòu)扭曲的能力”。

手性鈣鈦礦晶體

由于其晶體結(jié)構(gòu)嚴(yán)重扭曲，手性3BrMBA2PbI4鈣鈦礦即使在室溫下也比其他材料表現(xiàn)出明顯更好的圓偏振發(fā)光程度。在精密的超快激光光譜測量的幫助下，研究人員能夠揭示這種特殊光產(chǎn)生背后的過程。偏振和亮度發(fā)現(xiàn)的值超過了以前使用的手性半導(dǎo)體的已知值。

研究人員還能夠證明，這種新材料對于依賴圓偏振光的應(yīng)用極有希望。他們將這種材料應(yīng)用于光探測器中，可以記錄和區(qū)分入射光的手性。此外，研究小組開發(fā)了發(fā)光二極管，可以從電中產(chǎn)生光。

這項研究是ERC啟動基金“扭轉(zhuǎn)鈣鈦礦——高發(fā)光金屬鹵化物鈣鈦礦中自旋和手性的控制”的一部分，由Deschler教授領(lǐng)導(dǎo)。研究成果發(fā)表在《科學(xué)進展》雜志上。

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