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圆偏振光在量子计算,光学信息处理和磁记录等领域具有广泛应用,实现对圆偏振光的高效探测具有重要的理论及应用价值。传统圆偏振光探测技术依赖于线偏振片、四分之一玻片等光学元件与传统非手性光电探测器组成的系统。这种复杂的探测系统具有体积大,结构复杂和成本高等缺点。如何利用本征的手性半导体直接实现对圆偏振光的探测,依然存在较大挑战。
       
有机-无机卤化物钙钛矿由于其优异的性能,近年来成为光电子领域的研究热点。将手性有机阳离子引入到钙钛矿量子阱中,赋予了二维钙钛矿本征手性,使钙钛矿圆偏振光探测成为了可能。然而,二维钙钛矿的强电子-声子耦合,导致材料的半导体性能较差。同时,二维钙钛矿面外的低迁移率很大程度上抑制了载流子的高效传输。因此,二维钙钛矿通常表现出低的光电流和响应度,限制了其在高效光探测领域的应用。由此,需要发展新的手性钙钛矿材料实现高效的高圆偏振光探测。

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袁明鉴课题组研究了手性准二维钙钛矿材料,并系统揭示了手性准二维钙钛矿([(R)-β-MPA]2MAPb2I7)的本征手性及其对圆偏振光不同偏振态的区分能力。相应的准二维钙钛矿单晶圆偏振光电探测器表现出出色的探测性能。在此基础上,利用时间分辨瞬态吸收光谱,研究了手性准二维钙钛矿薄膜的载流子传输动力学行为。研究表明,具有均匀能量分布的平行取向钙钛矿薄膜对于提高载流子的收集效率至关重要。进而,与北京光源同步辐射中心合作,通过对薄膜的结晶动力学的调控,获得了具有高效载流子收集效率的柔性手性准二维钙钛矿薄膜。
       
所制备的柔性手性准二维钙钛矿薄膜光电探测器具有对左、右旋圆偏振光的良好区分能力。通过不同曲率下的弯曲试验,探测器表现出优异的机械灵活性和耐久性。该研究成果表明手性准二维钙钛矿材料有望成为一类高灵敏、高稳定性的圆偏振光探测候选材料。

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