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近日，長春應化所秦川江研員團隊在手性準二維發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”為題發表在國際著名期刊Advanced Functional Materials 上。長春應用化學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，希望對您的科學研究或工業生產帶來一些靈感和啟發。

應用方向：鈣鈦礦、Spin-LEDs、圓偏振發光、自旋選擇效應

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出優異的手性誘導自旋選擇性（CISS）而備受關注。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，實現高效的圓偏振電致發光（CP-EL）。該技術在3D顯示、虛擬現實技術等領域有潛在的應用。然而，目前基于手性鈣鈦礦的自旋發光二極管中實現高外量子效率（EQE）和高CP-EL仍然是一個重要挑戰。

手性鈣鈦礦材料的相結構與手性誘導的自旋軌道耦合（CISOC）效應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，解析了手性鈣鈦礦薄膜的多相結構，發現n = 1相位于薄膜的底界面，而3D相位則主要作為復合和發光中心。這種獨*的垂直相結構分布有利于材料的自旋選擇性。

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

此外，手性結構使材料在自旋極化效率上達到87.05%，驗證了手性誘導的自旋軌道耦合效應（CISOC）的顯著作用。

最后基于該手性準二維鈣鈦礦體系制備單結spin-LED并通過手性反溶劑的方法進一步實現了Spin-LEDs的外量子效率15.42%。圓偏振電致發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4.98%的CP-EL效率。

配置推薦

文中手性鈣鈦礦材料的時間分辨發光（TRPL）和圓偏振發光（CPL）的測試采用卓立漢光的OmniFluo990 穩態瞬態熒光光譜儀測試得到。其TRPL測試使用350nm飛秒激光進行激發。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系列穩態瞬態熒光光譜儀，耦合正置科研級顯微鏡，條紋相機及飛秒激光器。該套系統主要用于雜化半導體和有機光電材料與器件的研究。

秦川江研究員簡介

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