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深入探討:長春應(yīng)化所秦川江研究員的手性準(zhǔn)二維單結(jié)自旋發(fā)光二極管研究

來源:北京卓立漢光儀器有限公司   2024年11月21日 14:39  

近日,長春應(yīng)化所秦川江研員團隊在手性準(zhǔn)二維發(fā)光二極管方面取得重要進展,研究成果以“Chiral quasi-2D perovskites based single junction spin-light-emitting diodes”為題發(fā)表在國際著名期刊Advanced Functional Materials 上。長春應(yīng)用化學(xué)研究所為該論文第一單位,李彬和博士為第一作者,秦川江研究員、王愷教授為共同通訊作者。今天小卓為大家分享該研究成果,希望對您的科學(xué)研究或工業(yè)生產(chǎn)帶來一些靈感和啟發(fā)。

應(yīng)用方向:鈣鈦礦、Spin-LEDs、圓偏振發(fā)光、自旋選擇效應(yīng)

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正文

近年來,可溶液加工的手性金屬鹵化物鈣鈦礦在室溫條件下展現(xiàn)出優(yōu)異的手性誘導(dǎo)自旋選擇性(CISS)而備受關(guān)注。通過這種特性,緊湊的LED器件也能夠直接操縱注入電子的自旋態(tài),實現(xiàn)高效的圓偏振電致發(fā)光(CP-EL)。該技術(shù)在3D顯示、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用。然而,目前基于手性鈣鈦礦的自旋發(fā)光二極管中實現(xiàn)高外量子效率(EQE)和高CP-EL仍然是一個重要挑戰(zhàn)。

手性鈣鈦礦材料的相結(jié)構(gòu)與手性誘導(dǎo)的自旋軌道耦合(CISOC)效應(yīng)在自旋操控中具有重要作用。研究團隊通過廣角X射線掠入射小角散射(GIWAXS)和X射線衍射(XRD)技術(shù),解析了手性鈣鈦礦薄膜的多相結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)n = 1相位于薄膜的底界面,而3D相位則主要作為復(fù)合和發(fā)光中心。這種獨*的垂直相結(jié)構(gòu)分布有利于材料的自旋選擇性。

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同時該團隊通過磁場依賴光譜和自旋軌道理論的結(jié)合,進一步量化了手性鈣鈦礦(R/S-MBA?FA?Pb?Br??)中的自旋行為,結(jié)果表明材料的載流子自旋壽命達(dá)20 ps。磁場作用下,自旋注入與產(chǎn)生的圓偏振發(fā)射之間呈現(xiàn)直接相關(guān)關(guān)系。

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此外,手性結(jié)構(gòu)使材料在自旋極化效率上達(dá)到87.05%,驗證了手性誘導(dǎo)的自旋軌道耦合效應(yīng)(CISOC)的顯著作用。

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最后基于該手性準(zhǔn)二維鈣鈦礦體系制備單結(jié)spin-LED并通過手性反溶劑的方法進一步實現(xiàn)了Spin-LEDs的外量子效率15.42%。圓偏振電致發(fā)光強度則通過四分之一波片、線性偏振片和熒光光譜儀的組合進行實驗測量,最終實現(xiàn)4.98%的CP-EL效率。

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配置推薦

文中手性鈣鈦礦材料的時間分辨發(fā)光(TRPL)和圓偏振發(fā)光(CPL)的測試采用卓立漢光的OmniFluo990 穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀測試得到。其TRPL測試使用350nm飛秒激光進行激發(fā)。CPL采用四分之一波片、線性偏振片和熒光光譜儀的組合進行實驗測量。

下圖為秦川江研究員課題組的OmniFluo900系列穩(wěn)態(tài)瞬態(tài)熒光光譜儀,耦合正置科研級顯微鏡,條紋相機及飛秒激光器。該套系統(tǒng)主要用于雜化半導(dǎo)體和有機光電材料與器件的研究。

秦川江研究員簡介

中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所研究員,課題組長、博士生導(dǎo)師、國家杰出青年基金入選者、國家人才計劃青年項目入選者、高分子物理與化學(xué)國家重點實驗室副主任。2009年在中科院長春應(yīng)化所獲得高分子化學(xué)博士學(xué)位。2010-2019年分別在香港浸會大學(xué)、日本國立物質(zhì)材料研究所、日本九州大學(xué)從事博士后和研究工作。目前研究方向為雜化半導(dǎo)體和有機光電材料與器件,共發(fā)表論文100余篇,包括 Nature, Nature Photonics, Advanced Materials等著名學(xué)術(shù)期刊。已申請和獲得授權(quán)發(fā)明中國、日本、PCT等專*20余項。主持國家人才計劃青年項目、中國科學(xué)院修購專項、國家自然科學(xué)基金委面上項目、吉林省科技廳重大項目,參與科技部國家重點研發(fā)計劃項目。

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