海德堡研究所开发出新型有机-无机半导体可产生圆偏振光

海德堡大学物理化学研究所的Felix Deschler教授和博士研究小组生产了一种半导体，该半导体可以有效地产生光，同时还能赋予光旋转。研究人员表示，手性钙钛矿材料具有巨大的技术潜力，可用于光电子、电信和信息处理领域。

产生明亮的圆偏振光长期以来一直是材料科学的目标。人们认为，同时实现独特的手性（光在给定方向上的旋转）和高光致发光量子效率（PLQE）是极其困难的。PLQE值反映了材料的发光能力。无机半导体可以产生高水平的亮度，但通常具有较低的光偏振度。相比之下，有机分子半导体确实具有高偏振性，但其亮度通常受到黑暗条件造成的损失的限制。迄今为止，还缺乏一种真正将无机半导体的高发光量子效率和有机分子系统的强手性结合起来的材料。

为了同时获得所需的亮度和高偏振度，海德堡研究团队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。作为混合成分，科学家们将定制的手性有机分子集成到钙钛矿结构中。使用芳香环中具有适当位置的卤素原子的芳香小分子，形成了独特的手性钙钛矿，其结构标识为R／S－3BrMBA2PbI4。海德堡大学博士生刘尚普表示，如此显著地改变结构但仍保持良好材料性能的能力强调了钙钛矿材料容忍晶体结构变形的能力。

手性 3BrMBA2PbI4 钙钛矿由于其严重变形的晶体结构，即使在室温下也比其他材料具有更高程度的圆偏振发光。研究人员利用先进的超快激光光谱研究，能够破译这种独特光产生的机制。发现的偏振和亮度值超过了以前使用的手性半导体的已知值。

此外，研究人员还能够证明这些新材料对于依赖圆偏振光的用途非常有前景。他们使用这些组件创建了光探测器，可以跟踪和区分入射光的手性。除了在光探测器上的应用，研究小组还创造了发光二极管，其通过电力来产生光。

这项研究是 Deschler 教授的 ERC 起始资助项目的一部分，题为“扭曲钙钛矿——高发光金属卤化物钙钛矿中自旋和手性的控制”，其研究结果发表在《科学进展》杂志上。

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