圓偏振光在現(xiàn)代顯示、未來智能電子等領(lǐng)域中具有重要意義。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)莊濤濤研究員課題組在單發(fā)射全彩圓偏振發(fā)光結(jié)構(gòu)與器件的研究中取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果以“Helical-caging enables single-emitted largeasymmetric full-color circularly polarizedluminescence”為題發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》（Nat. Commun.2024,15,251）上。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)系博士生周雅潔為論文的第一作者，莊濤濤研究員為論文的通訊作者。

圓偏振光在信息安全、3D光學(xué)顯示器、手性光電器件、疾病檢測、不對稱合成光化學(xué)等方面具有重要應(yīng)用價值。如何通過構(gòu)筑高質(zhì)量手性圓偏振發(fā)光材料實現(xiàn)直接圓偏振光發(fā)射是相關(guān)領(lǐng)域的核心問題。其中，全彩圓偏振發(fā)光材料由于其發(fā)光波長的可調(diào)性，受到研究者廣泛關(guān)注。目前，絕大多數(shù)的全彩圓偏振發(fā)光依賴于多色發(fā)光單元混合，存在發(fā)光組分之間的能量轉(zhuǎn)移（導(dǎo)致發(fā)光不穩(wěn)定）以及器件構(gòu)建復(fù)雜等問題。因此，研發(fā)單發(fā)射、高發(fā)光不對稱因子的全彩圓偏振發(fā)光結(jié)構(gòu)具有重要意義。

在本工作中，研究團(tuán)隊利用螺旋籠狀組裝策略，將高質(zhì)量的無機白色寬譜發(fā)光量子點與手性液晶相復(fù)合。該類材料實現(xiàn)了可見光譜范圍內(nèi)的可調(diào)圓偏振發(fā)光（圖1），其發(fā)光不對稱因子高達(dá)0.8。通過調(diào)控手性向列相液晶的光子帶隙，實現(xiàn)了全彩圓偏振發(fā)光，并進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)展現(xiàn)了白色圓偏振發(fā)光。為后續(xù)獲得可準(zhǔn)確定制波長的圓偏振發(fā)光器件奠定了材料基礎(chǔ)。

圖1.單發(fā)射全彩圓偏振發(fā)光材料。

通過將制備的圓偏振發(fā)光材料涂附在紫外發(fā)光芯片上，研究團(tuán)隊構(gòu)建了白色與紅綠藍(lán)三色的光致圓偏振發(fā)光器件；并進(jìn)一步與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚宏斌教授課題組合作，初步開發(fā)了相關(guān)材料的圓偏振電致發(fā)光二極管（圖2）。所得圓偏振光可用于對映選擇性聚合反應(yīng)，為光子驅(qū)動不對稱合成領(lǐng)域提供參考。

圖2.可定制波長的圓偏振發(fā)光；光致/電致手性光電器件。

莊濤濤研究員團(tuán)隊近年來致力于手性圓偏振發(fā)光材料的制備及其應(yīng)用研究。該團(tuán)隊利用螺旋共組裝技術(shù)，制備了新型圓偏振發(fā)光材料，并用于交互式信息加密技術(shù)與多模態(tài)響應(yīng)智能紡織品（J. Am. Chem. Soc.2023, 145, 4246–4253）；通過與俞書宏院士團(tuán)隊合作，開發(fā)了一系列發(fā)光顏色可調(diào)的圓偏振發(fā)光特性光子涂料（其發(fā)光不對稱因子高達(dá)1.6），并進(jìn)一步展示了相關(guān)材料構(gòu)筑的柔性3D顯示面板（Sci. Adv.2023, 9, eadi9944）。

該研究得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院、安徽省的資助，以及中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)姚宏斌教授團(tuán)隊、安徽大學(xué)朱滿洲教授團(tuán)隊在器件構(gòu)建與測試表征方面提供的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-44643-8