中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
基于自旋選擇性的光學(xué)躍遷過(guò)程，自旋極化激光可以將電子自旋角動(dòng)量直接轉化為相干光子的圓偏振態(tài)，在3D顯示、量子技術(shù)等新興領(lǐng)域具有重要作用。目前，已報道的自旋極化激光依賴(lài)于鐵磁電極自旋注入或偏振光學(xué)元件去實(shí)現，限制了這種新型激光器件的小型化和功能集成。研究表明，低維手性有機無(wú)機復合鈣鈦礦結合了有機分子的化學(xué)多樣性和無(wú)機材料重原子效應帶來(lái)的大的自旋-軌道耦合，表現出優(yōu)異的加工性能、顯著(zhù)的自旋能態(tài)裂分、長(cháng)的自旋弛豫壽命、有效的光學(xué)增益等優(yōu)勢，有望構筑借助自身手性結構構建自旋極化的激發(fā)態(tài)，為實(shí)現不依賴(lài)外部自旋注入的自旋極化激光提供了新機遇。?
中國科學(xué)院化學(xué)研究所光化學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗室趙永生課題組致力于有機與有機無(wú)機復合激光材料方面的研究，在高性能有機激光材料、激子極化激元玻色愛(ài)因斯坦凝聚、有機微納激光集成器件等方面開(kāi)展了系統性的研究工作。
近日，趙永生課題組與張闖課題組，提出了激子手性傳遞的策略，在設計的手性一維（1D）鈣鈦礦錨定三維（3D）鈣鈦礦的體系中，實(shí)現了室溫下的自驅動(dòng)的自旋極化相干光發(fā)射。該研究設計了手性1D鈣鈦礦錨定非手性3D鈣鈦礦（3D@1D）的復合鈣鈦礦結構。其中，1D鈣鈦礦具有優(yōu)異的手性，而非手性3D鈣鈦礦可以實(shí)現光學(xué)增益。在3D@1D鈣鈦礦，非手性3D鈣鈦礦納米晶體均勻地分散在手性1D鈣鈦礦的基質(zhì)中，并通過(guò)手性1D鈣鈦礦高度結晶的界面連接。該界面能夠通過(guò)超快的能量轉移將激子手性從手性1D鈣鈦礦高效轉移到非手性3D鈣鈦礦，從而不依賴(lài)外部的自旋注入，即可在非手性3D的鈣鈦礦中產(chǎn)生不平衡的粒子數布居。研究通過(guò)構建粒子數反轉實(shí)現了自旋極化的相干光發(fā)射，其具有比在非手性3D鈣鈦礦中通過(guò)自旋注入產(chǎn)生的自旋極化相干光高約4倍的不對稱(chēng)度。具有不同鹵化物組成的3D@1D鈣鈦礦結構的結構多樣性，不僅可以調節自旋極化的相干光的波長(cháng)范圍（510-610 nm），而且可以通過(guò)調節輻射復合和自旋弛豫之間的競爭，從而將發(fā)光不對稱(chēng)度提高至6.2%。?
相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金委員會(huì )、科學(xué)技術(shù)部和中國科學(xué)院的支持。
激子手性傳遞在1D鈣鈦礦錨定3D鈣鈦礦結構中實(shí)現自驅動(dòng)自旋極化激光
