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圓偏振光在量子計算、光學(xué)信息處理、3D顯示等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，實現(xiàn)對圓偏振光的高效探測具有重要的理論及應(yīng)用價值。近日，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所結(jié)構(gòu)化學(xué)國家重點實驗室羅軍華研究員、劉希濤研究員團隊提出了一種在非手性鹵化物鈣鈦礦鐵電體中實現(xiàn)高靈敏圓偏振光探測的策略。
傳統(tǒng)的半導(dǎo)體通過與線偏振片、四分之一波片組裝，實現(xiàn)對圓偏振光的響應(yīng)。然而這樣復(fù)雜的探測器件存在體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，不利于實現(xiàn)器件的小型化與集成化。基于手性物質(zhì)的圓偏振探測器可以實現(xiàn)對圓偏振光的直接探測，引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。但是受到對左右旋光吸收差異的限制，探測性能仍需要進一步的提升，同時尋找價格合適、性能優(yōu)異的手性物質(zhì)也是一大挑戰(zhàn)。
二維多層鈣鈦礦憑借結(jié)構(gòu)可調(diào)性、多樣性及優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性引發(fā)了科研工作者的廣泛興趣。特別是其有機胺陽離子的有序排列有助于誘導(dǎo)產(chǎn)生鐵電性，再結(jié)合鹵化物鈣鈦礦優(yōu)異的半導(dǎo)體性能，為光電功能材料提供了強有力的候選。在此，物構(gòu)所羅軍華團隊將氯丙胺（CPA）引入三維鈣鈦礦FAPbBr3（FA為甲脒）中，成功設(shè)計合成了一例新的二維雙層鈣鈦礦鐵電體CPA2FAPb2Br7，居里溫度為328 K，極化值為5.1 μC/cm2，與其他已報道的二維多層鈣鈦礦鐵電體的極化值相當(dāng)。
圖1. CPA2FAPb2Br7 的晶體結(jié)構(gòu) (a)；及電滯回線 (b)
光照下，該化合物表現(xiàn)出獨特的體光伏效應(yīng)。特別是，該化合物結(jié)晶于具有光學(xué)活性的非手性點群mm2，沿光軸方向存在旋光性。因此當(dāng)光沿光軸方向入射時，該化合物在光照下展現(xiàn)出獨特的對圓偏振光依賴的體光伏效應(yīng)。基于該鐵電單晶的光電探測器實現(xiàn)了對左右旋光的有效區(qū)分，光電流各向異性因子達到了0.98，高于目前報道的大多數(shù)圓偏振光電探測材料。該工作為實現(xiàn)高靈敏圓偏光電探測提供了一條全新的工作方式。
圖2. 圓偏振光探測裝置示意圖（a）；光電流-四分之一波片旋轉(zhuǎn)角度曲線（b）
相關(guān)研究結(jié)果以通訊形式發(fā)表在Journal of the American Chemical Society 上。上述工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院基礎(chǔ)前沿研究計劃、中科院青年創(chuàng)新促進會等項目的支持。文章的第一作者是碩士研究生李霄琪。
Robust Spin-Dependent Anisotropy of Circularly Polarized Light Detection from Achiral Layered Hybrid Perovskite Ferroelectric Crystals
Xiaoqi Li, Fafa Wu, Yunpeng Yao, Wentao Wu, Chengmin Ji, Lina Li, Zhihua Sun, Junhua Luo*, and Xitao Liu*
J. Am. Chem. Soc., 2022, 144, 14031–14036, DOI: 10.1021/jacs.2c06048
作者簡介
劉希濤，研究員，博士生導(dǎo)師，中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會會員，福建省青年人才托舉工程人才。2014年獲山東大學(xué)晶體材料國家重點實驗室博士學(xué)位，同年進入中國科學(xué)院福建物構(gòu)所工作，2022年晉升為研究員；主要從事光電功能晶體材料的設(shè)計合成、晶體生長和性能研究方面的工作，圍繞光鐵電晶體材料中的光電耦合效應(yīng)與調(diào)控，設(shè)計構(gòu)筑新型低維光鐵電晶體材料，發(fā)展新一代鐵電光電探測技術(shù)，突破傳統(tǒng)光電探測技術(shù)的瓶頸，引領(lǐng)了相關(guān)研究領(lǐng)域的發(fā)展，相關(guān)研究成果以第一/通訊作者身份在J. Am. Chem. Soc.（5篇）, Angew. Chem. Int. Ed.（3篇）, Adv. Mater.（1篇）, Nat. Commun.（1篇）, Adv. Funct. Mater.（1篇）等國際頂級期刊上發(fā)表，論文他引3000余次；作為項目負責(zé)人主持包括國家自然科學(xué)基金、福建省自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院人才專項及軍委裝備發(fā)展部等多項課題研究; 2020年入選中科院“青年創(chuàng)新促進會”和中科院海西研究院“春苗”人才計劃及第二屆福建省青年人才托舉工程。
羅軍華，中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研究員，博士生導(dǎo)師。國家杰出青年基金獲得者。1997年本科畢業(yè)于江西師范大學(xué)化學(xué)系；2003年獲中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所博士學(xué)位，師從洪茂椿院士；2003-2005年先后在美國北卡州立大學(xué)和佛羅里達大學(xué)化學(xué)系從事博士后研究；2006-2009年獲美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)資助在中子衍射中心從事研究。2009年以高層次人才引進到中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所擔(dān)任研究員、課題組長。近年來帶領(lǐng)研究團隊致力于無機光電功能晶體材料的設(shè)計合成、結(jié)構(gòu)組裝、晶體生長及光電性能研究，瞄準(zhǔn)光電功能晶體材料的重要前沿領(lǐng)域，基于非中心對稱結(jié)構(gòu)的光電功能晶體材料，在國際上原創(chuàng)發(fā)展引領(lǐng)了“無機有機雜化光鐵電半導(dǎo)體”晶體材料的研究，創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計開拓新一代無鈹深紫外非線性光學(xué)晶體材料以及拓展非線性光學(xué)晶體材料新體系；作為通訊作者已發(fā)表SCI論文300余篇，，論文他引11048次，H-index為58，2020/2021年愛思唯爾中國高被引學(xué)者（材料科學(xué)與工程）。授權(quán)發(fā)明專利32項（其中PCT國際發(fā)明專利1項）；先后主持國家自然科學(xué)基金重大研究計劃項目和重點項目，以及中科院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計劃“0到1”原始創(chuàng)新項目，國家自然科學(xué)基金杰出青年基金、優(yōu)秀青年基金，面上項目和閩都創(chuàng)新實驗室自主部署項目等。先后獲得福建省自然科學(xué)獎二等獎，入選國家“萬人計劃”科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，第二十二屆運盛青年科技獎，國務(wù)院政府特殊津貼，第十三屆福建青年科技獎和第二屆福州青年科技獎，中科院百人計劃，福建省高層次創(chuàng)新人才計劃等。擔(dān)任《Crystal Growth & Design》雜志Topic Editor、編委，《Chinese Chemical Letters》副主編，《Chinese Journal of Structural Chemistry》副主編。
https://www.x-mol.com/university/faculty/22933
