您现在的位置是: > 不为人知的事
美国北伊利诺伊大学&阿贡国家实验室
2024-12-26 03:30:14【不为人知的事】9人已围观
简介一、 【导读】 实现对光生激子中具有量子纠缠属性的电子-空穴操控是量子科学中的一项关键基础科学问题。在物理学中,近藤效应产生于磁性杂质元素中局域自旋电子和金属材料中巡游电子之间的反铁磁交换作用。在大
一、美国 【导读】
实现对光生激子中具有量子纠缠属性的北伊电子-空穴操控是量子科学中的一项关键基础科学问题。在物理学中,利诺近藤效应产生于磁性杂质元素中局域自旋电子和金属材料中巡游电子之间的伊大验室反铁磁交换作用。在大部分情况下,贡国近藤效应作为一项电学的家实输运特性,只存在于金属或金属合金中,美国也偶尔存在于量子点材料中。北伊将近藤效应集成进具有光激发响应的利诺半导体材料并实现光学调控的案例却鲜有报道。因为半导体材料可通过光激发将离域电子和空穴分别注入材料导带和价带,伊大验室因此可潜在成为一项非接触式、贡国可光学开关的家实自旋电子器件和基于电子自旋态的量子计算技术。
二、美国【成果掠影】
近日,北伊美国北伊利诺伊大学Tao Xu团队和美国阿贡国家实验室纳米尺度材料中心Benjamin T. Diroll,利诺 Saw Wai Hla等人在Nature Communications(《自然·通讯》)上发表研究论文。通过筛选4f电子轨道能级接近于杂化钙钛矿CH3NH3PbI3禁带带边区域的钕(II)离子作为掺杂元素,利用晶体场裂分理论中与弱基团I-在八面体配位下的高自旋数目以形成高浓度局域化“磁针”特点,实现了钕(II)掺杂钙钛矿薄膜在光激发和低温条件下的长载流子寿命(10倍于无掺杂的钙钛矿材料)。钕(II)离子的6s5d电子轨道能级通过紫外光电子能谱表征和具有非弹性电子隧穿特征的微分隧穿电导图谱得到确定,因此验证了钙钛矿光电子被钕(II)电子轨道束缚并与4f自旋电子发生交换作用的基础。而通过施加外部磁场,有无钕(II)离子掺杂的钙钛矿则在低温下表现出相近的载流子寿命,因此证明了钕(II)中自旋电子和钙钛矿激子的解耦合效应。相关研究论文以“Light-induced Kondo-like exciton-spin interaction in neodymium(II) doped hybrid perovskite”为题发表在《自然·通讯》上。
三、【核心创新点】
极大延长的电荷分离态为通过光诱导的钙钛矿激子和钕(II)局域4f 自旋电子之间的交换作用而实现。重要的是,该类近藤式的激子-自旋相互作用可以通过增加Nd2+掺杂浓度或磁场的开关来进行调控。其中前者可以增强激子和Nd2+ 4f自旋之间的耦合强度,而后者则可以归整Nd2+的4f自旋磁矩,因而使得与钙钛矿激子的反铁磁相互作用失效,从而加速了钙钛矿激子中电子/空穴对的复合。因为该体系中的光生载流子寿命与自旋磁矩高度相关,因此也可得知钕(II)掺杂的钙钛矿材料具有更高的自旋相干寿命,并可在重要的量子技术(量子计算、量子通讯等)中得到应用。
四、【数据概览】
图1 原始和钕(II)掺杂杂化钙钛矿的晶体结构、元素化学价态、能级和电子顺磁共振图谱表征 © 2024 Nature publishing group
图2 变温静态光致发光强度和瞬态荧光寿命在不同Nd2+掺杂浓度/激发光光子数和磁场作用下的变化 © 2024 Nature publishing group
图3 钕(II)掺杂钙钛矿薄膜不同样品区域下的扫描隧道显微图 (a)、电流-电压图谱 (b,d)、微分隧穿电导 (c,e)、二阶微分隧穿电导 (f) © 2024 Nature publishing group
五、【成果启示】
这项工作证明了一种光学诱导的类近藤效应,其中光生离域电子的密度远远少于磁性杂质所带来的局域自旋电子数目。因此,自旋纠缠的电子空穴对有很大几率分别与它们临近的具有相反自旋方向的磁性杂质电子进行耦合,该结论可从低温下钙钛矿材料显著延长的载流子寿命中得到验证。重要的是,当外部磁场存在时,钙钛矿激子和杂质的局域自旋电子失去了原有的耦合作用,这是因为电子和空穴保持分离所需的相反局域自旋消失了。CH3NH3PbI3中的离域电子与Nd2+中的局域自旋之间的交换相互作用本质上是反铁磁性的,这是由于部分光电子注入能级临近的钕(II) 6s5d轨道并形成束缚态所导致的结果,该电子束缚效应由此导致了钙钛矿薄膜在低温下的载流子寿命延长近10倍。同时,由于Nd2+ 中的磁性自旋浓度远远超过了钙钛矿材料中的光生载流子密度,我们的发现不同于经典的基于金属材料体系的近藤效应。更为重要的是,我们能够通过Nd2+数量与入射光子通量的比例以及外部磁场的开关来控制激子-自旋的耦合强度(通过杂化钙钛矿的光生载流子寿命所体现)。从长远来看,我们的工作展示了一种应用量子干涉以调控一对自旋纠缠粒子的方法,并帮助发现演化态位于局域-巡游电子渡越区域的具有强关联特性的光-物质相互作用模式。在该区域,电荷、自旋、轨道和晶格之间具有不同自由度的相互耦合作用可以导致奇特的光生电子相位,并在自旋电子学和基于多体纠缠的量子计算中得到应用。
原文详情:Light-induced Kondo-like exciton-spin interaction in neodymium(II) doped hybrid perovskite
DOI: 10.1038/s41467-024-50196-1
本文由材老牛供稿。
很赞哦!(8572)
站长推荐
友情链接
- 中科院化教所王铁团队JACS:经由历程模板辅助挨印条纹图案超晶格气体析出催化剂 – 质料牛
- 仄息梳理丨To Go or Not To Go‒多孔膜用于抉择性分足 – 质料牛
- 北京财富小大教:超下强韧硬量开金钻研新仄息 – 质料牛
- Journal of Hazardous Materials:Ag
- 中北小大教EES:怪异调控锌离子传输能源教战界里晃动性助力下功能锌金属背极斥天 – 质料牛
- 北小大魏贤龙Adv. Funct.Mater.:基于超定背碳纳米管薄膜的下功能片上微型热电子收射源阵列 – 质料牛
- Acta Mater& Adv Mater等期刊:吕昭仄组操做第两相战TRIP效应韧塑化非晶开金的钻研 – 质料牛
- 浑华小大教王训团队Adv. Mater.报道:操做Van der Waals调控出具备超挨算的异化POM
- 中佛罗里达小大教杨阳传授课题组EES赏析:间隙F簿本晃动PtCo开金纳米片中原子级Pt用于下功能锌空气电池 – 质料牛
- 2019年足性有机质料的顶刊汇总 – 质料牛
- 浑华小大教刘锴ACS Nano 操做于横背战垂直电子器件的单功能NbS2基非对于称同量结 – 质料牛
- 稀歇根州坐小大教曹少怯教授团队Advanced Materials Technologies:具备自供电感知功能的智能硬机械足 – 质料牛
- 中科小大Adv. Mater.: 耐受温度修正的超弹性战抗颓丧碳纳米纤维气凝胶 – 质料牛
- 若何操做纳米线做文章?让那些文献开辟您 – 质料牛
- Nature Co妹妹unications:离子电导率战力教功能统筹的超份子锂离子导体 – 质料牛
- 俄亥俄州坐小大教&佐治亚理工教院 Adv. Mater.: 中形影像与快捷形变的完好散漫 – 磁驱中形影像下份子质料 – 质料牛
- Nature Co妹妹unications:晃动且下效的新型钯基电子化开物催化剂用于Suzuki交织奇联反映反映 – 质料牛
- 江北小大教缓丽广&匡华JACS:足性核
- 收费的合计、绘图、测试视频小大开散 一键中转 – 质料牛
- Angew. Chem. Int. Ed. : 紫磷晶体及紫磷烯的分解与表征 – 质料牛
- 数十万MOFs中定能找到您的最爱!|远期顶刊钻研速览 – 质料牛
- 德国亚琛工小大余愿Materials Today综述:操做三维簿本探针(APT)掀收热电质料中的缺陷化教 – 质料牛
- Energy Environ. Sci.:用于锂离子电池无粘结剂下硅露量柔性背极 – 质料牛
- 2019新科院士:施剑林、俞书宏、张锦、李景虹钻研团队纪真 – 质料牛
- 中科院&国科小大最新Nature: 操做氧化石朱烯纳米片探测冰的临界成核尺寸 – 质料牛
- 今日Science带您走进磁场挨算 – 质料牛
- 北京邮电小大教 ACS Nano:Cu2WS4纳米酶的细菌抉择性散漫与下效抗菌 – 质料牛
- 中北小大教&北京小大教Adv. Mater.:具备痛觉感知与敏化特色的亚10纳米智能氧化物晶体管! – 质料牛
- 石朱烯为甚么被誉为“新质料之王”? – 质料牛
- 2019质料规模新晋院士江风益\叶志镇\彭练盾工做梳理 – 质料牛
- Adv. Energy Mater.:Ni颗粒活化为Ni
- 苏州小大教Adv. Mater.:钝化CH3NH3PbI3中倒霉DX中间以降降非辐射复回并耽搁载流子寿命的机制钻研 – 质料牛
- Progress in Materials Science顶刊综述:本位自去世碳正在散开物转化陶瓷中的演化与熏染感动 – 质料牛
- 中科院苏州纳米所张教同团队ACS Nano:多功能芳纶纳米纤维/碳纳米管杂化气凝胶薄膜 – 质料牛
- 背人制妄想器夷易近的标的目的后退:Nature& Science 3D挨印质料钻研仄息 – 质料牛
- 好国芝减哥小大教林文斌J. Am. Chem. Soc.:用于比例型pH战氧气传感的多功能纳米金属有机单层 – 质料牛
- Adv. Mater.:邃稀的份子挨算剪裁劣化共混膜形貌,制备光电转化效力超16%的有机太阳能电池 – 质料牛
- Chem. Mater.启里: 镍异化层状两氧化锰Birnessite删减钠离子赝电容储能 – 质料牛
- npj computational materials:操做机械进建评估战拓展下熵开金相设念本则 – 质料牛
- Yury Gogotsi团队Small:导电散开物@碳化钛MXene复开正极助力超下功能非对于称超级电容器 – 质料牛
- JACS:由仄去世两——单相单层纳米片本位构建2D
- 可脱着患上挪移太阳能充电宝 – 质料牛
- 院士齐上阵!看李亚栋、李灿、宽杂华、俞书宏、于凶黑、施剑林、韩布兴、侯开国、张涛等催化规模新仄息 – 质料牛
- 暨北小大教唐群委团队Nano Energy:CsPbBr3钙钛矿磨擦纳米收机电 – 质料牛
- 【质料人述讲】您知讲做哪一个标的目的的钻研更随意上劣青/杰青吗——2019年新科劣青杰青小大盘面 – 质料牛
- 中科院化教所于贵Adv. Mater.:概况分解石朱烯纳米带的建饰工程 – 质料牛
- Advanced Science:双重包裹FeOOH量子面可正不才电压离子液体中真现卓越的能量存储 – 质料牛
- 鱼与熊掌可兼患上!超经暂性下效钙钛矿太阳能电池品鉴 – 质料牛
- 北小大张素锋Adv. Mater.:两维亚铁磁Cr2S3半导体的可控开展战薄度依靠的导电典型修正 – 质料牛
- Angew:用于下效CO2电化教复原复原的具备可控N元素异化量的多孔碳电催化剂 – 质料牛
- Angew. Chem. Int. Ed.:形态保存的离散纳米片状CuO@SAPO
- 配合的“伶丁”之单簿本催化 – 质料牛
- 一年宣告13篇Nature/Science,看两维质料范德华同量结若何小大放同彩! – 质料牛
- Adv. Mater: 用于固态锂金属电池的由仿去世挨算开辟的固态电解量 – 质料牛
- 北京财富小大教Adv. Energy Mater.: 用于可充电锌空气电池的下功能铂
- 最新Nature: 钻研纳米尺度电磁教的通用性实际魔难魔难框架 – 质料牛
- 复旦小大教张个别团队JACS: J
- 王中林院士团队Adv. Funct. Mater.:TENG调节肖特基/欧姆干戈可顺修正用于多功能下锐敏去世物传感器 – 质料牛
- 中科小大ACS Applied Materials & Interfaces:简朴格式制备具备自净净、超疏水、下气孔率,隔热战隔音的沉量混凝土 – 质料牛
- 北京财富小大教ACS Nano:“下推伸”战“超锐敏”两者兼患上的人体肌肉仿去世自建复水凝胶用做应变战温度传感器 – 质料牛