单发射全彩圆偏振发光结构与器件的研究进展

圆偏振光在现代显示、未来智能电子等领域中具有重要意义。近日，中国科学技术大学庄涛涛研究员课题组在单发射全彩圆偏振发光结构与器件的研究中取得重要进展。相关成果以“Helical-caging enables single-emitted largeasymmetric full-color circularly polarizedluminescence”为题发表在国际著名学术期刊《自然·通讯》（Nat. Commun.2024,15,251）上。中国科学技术大学化学系博士生周雅洁为论文的第一作者，庄涛涛研究员为论文的通讯作者。

圆偏振光在信息安全、3D光学显示器、手性光电器件、疾病检测、不对称合成光化学等方面具有重要应用价值。如何通过构筑高质量手性圆偏振发光材料实现直接圆偏振光发射是相关领域的核心问题。其中，全彩圆偏振发光材料由于其发光波长的可调性，受到研究者广泛关注。目前，绝大多数的全彩圆偏振发光依赖于多色发光单元混合，存在发光组分之间的能量转移（导致发光不稳定）以及器件构建复杂等问题。因此，研发单发射、高发光不对称因子的全彩圆偏振发光结构具有重要意义。

在本工作中，研究团队利用螺旋笼状组装策略，将高质量的无机白色宽谱发光量子点与手性液晶相复合。该类材料实现了可见光谱范围内的可调圆偏振发光（图1），其发光不对称因子高达0.8。通过调控手性向列相液晶的光子带隙，实现了全彩圆偏振发光，并进一步优化结构展现了白色圆偏振发光。为后续获得可准确定制波长的圆偏振发光器件奠定了材料基础。  

图1.单发射全彩圆偏振发光材料 通过将制备的圆偏振发光材料涂附在紫外发光芯片上，研究团队构建了白色与红绿蓝三色的光致圆偏振发光器件；并进一步与中国科学技术大学姚宏斌教授课题组合作，初步开发了相关材料的圆偏振电致发光二极管（图2）。所得圆偏振光可用于对映选择性聚合反应，为光子驱动不对称合成领域提供参考。

图2.可定制波长的圆偏振发光,光致/电致手性光电器件

庄涛涛研究员团队近年来致力于手性圆偏振发光材料的制备及其应用研究。该团队利用螺旋共组装技术，制备了新型圆偏振发光材料，并用于交互式信息加密技术与多模态响应智能纺织品（J. Am. Chem. Soc.2023, 145, 4246–4253）。

通过与俞书宏院士团队合作，开发了一系列发光颜色可调的圆偏振发光特性光子涂料（其发光不对称因子高达1.6），并进一步展示了相关材料构筑的柔性3D显示面板（Sci. Adv.2023, 9, eadi9944）。 该研究得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院、安徽省的资助，以及中国科学技术大学姚宏斌教授团队、安徽大学朱满洲教授团队在器件构建与测试表征方面提供的支持。 论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-44643-8

审核编辑：汤梓红