Nature子刊：用手性金属卤化物半导体控制光、自旋和电荷

景行 2年前 (2022-06-30) 15448浏览

01【导读】

功能材料的结构不对称性与光电特性之间的关系是一个活跃的研究领域。电荷在定向手性介质中的运动依赖于电荷的自旋构型，这种系统可以用来控制不含磁性成分的自旋分布，称为手性诱导自旋选择性(CISS)效应。CISS主要研究手性有机分子及其组装体。半导体是非磁性扩展系统，可以控制电荷传输以及光的吸收和发射。因此，将手性引入半导体将能够在没有磁性元件的情况下控制电荷、自旋和光。手性金属卤化物半导体 (MHS) 是混合有机-无机材料，它结合了小手性有机分子的特性和扩展无机半导体的特性。手性 MHS 中 CISS 的报道使我们对 CISS 的理解和自旋相关光电特性的实现取得了突破。

02【成果掠影】

近日，香港科技大学化学系助理教授吕海鹏和美国国家可再生能源实验室Matthew C. Beard教授等人发表了综述性文章，探讨了 CISS 在手性 MHS 中的基本原理和应用。同时，作者总结了结构多样性和关键结构-性质关系，例如从有机组分到无机组分的手性转移。此外，作者重点关注了基础化学和物理，探索了这些半导体中自旋、光和电荷的控制。

相关综述文章以“Control of light, spin and charge with chiral metal halide semiconductors”为题发表在Nature Reviews Chemistry上。

03【核心内容】

  1. 作者首先对手性 MHS 的类型进行分类，并简要概述手性 MHS 的发现和发展。然后，作者描述了手性 MHS 的化学和结构多样性，并讨论了控制有机和无机单元之间手性表达的特征，以及其对手性特性和自旋选择性的方式的影响；
  2. 作者强调了不对称因素的重要性，并强调对结构和不对称因素之间关键关系的理解如何能够提供对手性转移机制的洞察。随后，作者评估了当前由CISS 实现的手性 MHS 中自旋相关电荷传输的理解，然后总结了基于这些系统的光自旋电子器件。

04【数据概览】

图一、手性金属卤化物半导体的类别© 2022 The Authors

 

图二、形态手性金属卤化物半导体的例子© 2022 The Authors

 

图三、分子手性金属卤化物半导体的例子© 2022 The Authors

 

图四、形态手性金属卤化物半导体中的手性表达© 2022 The Authors

 

图五、分子手性金属卤化物半导体中的手性表达© 2022 The Authors

 

图六、手性金属卤化物半导体中的手性诱导自旋选择性© 2022 The Authors

 

图七、手性金属卤化物半导体在光子器件中的应用© 2022 The Authors

 

图八、基于手性金属卤化物半导体的代表性光自旋电子器件© 2022 The Authors

 

图九、各种手性系统中的自旋极化© 2022 The Authors

 

作者简介

 

吕海鹏目前为香港科技大学化学系助理教授，于2012年在南京大学化学系获得学士学位，并于2017年在美国南加州大学化学系获得博士学位。之后在美国可再生能源国家实验室做博士后研究，并于2019年获得了美国化学会（ACS）颁发的物理化学Young Investigator Awards。吕海鹏教授在无机功能材料及机理，尤其在可控合成、有机/无机界面超快动力学机理、手性分子及自旋调控等研究领域作出了诸多颇具特色的研究成果。其课题组是一个在固体化学与纳米材料、无机化学与物理化学等多学科交叉的研究组。近年来以第一作者（及共同第一作者）文章主要发表于Nat. Rev. Chem.,Sci. Adv., J. Am. Chem. Soc., Energy Environ. Sci., ACS Nano, ACS Energy Lett., Chem. Mater., J. Phys. Chem. Lett.等杂志。

Matthew C. Beard教授，博士毕业于耶鲁大学，现为美国可再生能源国家实验室Senior Research Fellow，同时任有机无机半导体能源中心（CHOISE）的主任，该中心是由美国能源部科学办公室资助的能源前沿研究中心。Matt Beard博士获得一系列国家和国际奖项，包括2012年被推选为美国物理学会会士，2014年获得美国可再生能源实验室杰出研究的主任奖，2019年英国皇家化学会Chemical Dynamics Award，同时被推选为英国皇家化学会会士等等。Matt Beard博士目前已发表200余篇国际期刊文章，近年在Science, Nature Energy, Nature Photonics, Science Advances, Nature Communications, Energy Environmental Science, ACS Energy Letters, Journal of the American Chemical Society等国际期刊发表多篇论文，H影响因子为68，文章引用次数达到23400多次。当前主要研究方向是太阳光转换体系中的超快光谱动力学，开发非接触式光谱探针研究载流子动力学和电荷传输以及研发新型量子材料用于新能源转化技术。

 

文献链接：Control of light, spin and charge with chiral metal halide semiconductors. Nat Rev Chem (2022). https://doi.org/10.1038/s41570-022-00399-1.

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