新型有机无机半导体产生圆偏振光

海德堡大学物理化学研究所Felix Deschler教授博士领导的研究小组开发了一种半导体，可以有效地产生光，同时使光产生一定的自旋。根据研究人员的说法，所谓的手性钙钛矿材料具有巨大的技术潜力，可以用于光电子、电信和信息处理等领域。

产生明亮的圆偏振光一直是材料科学的目标。人们认为，要实现明显的手性(描述光在特定方向上的旋转)和高光致发光量子效率(PLQE)是非常困难的。PLQE值表达了材料发光的能力。无机半导体能够发出高亮度，但通常表现出低光偏振。

相比之下，有机分子半导体确实具有高偏振，但它们的亮度往往受到黑暗条件下损失的限制。Felix Deschler报道说：“到目前为止，还没有一种材料真正结合了无机半导体的高发光量子效率和有机分子系统的强手性。”

为了同时获得所需的亮度和高偏振，海德堡研究小组开发了一种具有层状结构的混合金属卤化物钙钛矿半导体。科学家们将定制的手性有机分子集成到钙钛矿结构中作为混合组件。

新型半导体的超快激光光谱装置

使用一个精确地将卤原子置于芳环中的小芳香分子，产生了结构命名为R/S-3BrMBA2PbI4的新型手性钙钛矿。博士生Shangpu Liu解释说：“能够如此显著地改变结构，但仍然保持良好的材料性能，强调了钙钛矿材料容忍晶体结构扭曲的能力”。

手性钙钛矿晶体

由于其晶体结构严重扭曲，手性3BrMBA2PbI4钙钛矿即使在室温下也比其他材料表现出明显更好的圆偏振发光程度。在精密的超快激光光谱测量的帮助下，研究人员能够揭示这种特殊光产生背后的过程。偏振和亮度发现的值超过了以前使用的手性半导体的已知值。

研究人员还能够证明，这种新材料对于依赖圆偏振光的应用极有希望。他们将这种材料应用于光探测器中，可以记录和区分入射光的手性。此外，研究小组开发了发光二极管，可以从电中产生光。

这项研究是ERC启动基金“扭转钙钛矿——高发光金属卤化物钙钛矿中自旋和手性的控制”的一部分，由Deschler教授领导。研究成果发表在《科学进展》杂志上。

相关链接：https://phys.org/news/2023-10-organic-inorganic-semiconductor-generates-circularly-polarized.html