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圆偏振光在量子计算、光学信息处理、3D显示等领域具有广泛的应用前景，实现对圆偏振光的高效探测具有重要的理论及应用价值。近日，中科院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室罗军华研究员、刘希涛研究员团队提出了一种在非手性卤化物钙钛矿铁电体中实现高灵敏圆偏振光探测的策略。
传统的半导体通过与线偏振片、四分之一波片组装，实现对圆偏振光的响应。然而这样复杂的探测器件存在体积大、结构复杂等问题，不利于实现器件的小型化与集成化。基于手性物质的圆偏振探测器可以实现对圆偏振光的直接探测，引起了科研工作者的广泛关注。但是受到对左右旋光吸收差异的限制，探测性能仍需要进一步的提升，同时寻找价格合适、性能优异的手性物质也是一大挑战。
二维多层钙钛矿凭借结构可调性、多样性及优异的环境稳定性引发了科研工作者的广泛兴趣。特别是其有机胺阳离子的有序排列有助于诱导产生铁电性，再结合卤化物钙钛矿优异的半导体性能，为光电功能材料提供了强有力的候选。在此，物构所罗军华团队将氯丙胺（CPA）引入三维钙钛矿FAPbBr3（FA为甲脒）中，成功设计合成了一例新的二维双层钙钛矿铁电体CPA2FAPb2Br7，居里温度为328 K，极化值为5.1 μC/cm2，与其他已报道的二维多层钙钛矿铁电体的极化值相当。
图1. CPA2FAPb2Br7 的晶体结构 (a)；及电滞回线 (b)
光照下，该化合物表现出独特的体光伏效应。特别是，该化合物结晶于具有光学活性的非手性点群mm2，沿光轴方向存在旋光性。因此当光沿光轴方向入射时，该化合物在光照下展现出独特的对圆偏振光依赖的体光伏效应。基于该铁电单晶的光电探测器实现了对左右旋光的有效区分，光电流各向异性因子达到了0.98，高于目前报道的大多数圆偏振光电探测材料。该工作为实现高灵敏圆偏光电探测提供了一条全新的工作方式。
图2. 圆偏振光探测装置示意图（a）；光电流-四分之一波片旋转角度曲线（b）
相关研究结果以通讯形式发表在Journal of the American Chemical Society 上。上述工作得到国家自然科学基金、中国科学院基础前沿研究计划、中科院青年创新促进会等项目的支持。文章的第一作者是硕士研究生李霄琪。
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
作者简介
刘希涛，研究员，博士生导师，中国科学院青年创新促进会会员，福建省青年人才托举工程人才。2014年获山东大学晶体材料国家重点实验室博士学位，同年进入中国科学院福建物构所工作，2022年晋升为研究员；主要从事光电功能晶体材料的设计合成、晶体生长和性能研究方面的工作，围绕光铁电晶体材料中的光电耦合效应与调控，设计构筑新型低维光铁电晶体材料，发展新一代铁电光电探测技术，突破传统光电探测技术的瓶颈，引领了相关研究领域的发展，相关研究成果以第一/通讯作者身份在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）等国际顶级期刊上发表，论文他引3000余次；作为项目负责人主持包括国家自然科学基金、福建省自然科学基金、中国科学院人才专项及军委装备发展部等多项课题研究; 2020年入选中科院“青年创新促进会”和中科院海西研究院“春苗”人才计划及第二届福建省青年人才托举工程。
罗军华，中科院福建物质结构研究所研究员，博士生导师。国家杰出青年基金获得者。1997年本科毕业于江西师范大学化学系；2003年获中国科学院福建物质结构研究所博士学位，师从洪茂椿院士；2003-2005年先后在美国北卡州立大学和佛罗里达大学化学系从事博士后研究；2006-2009年获美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)资助在中子衍射中心从事研究。2009年以高层次人才引进到中国科学院福建物质结构研究所担任研究员、课题组长。近年来带领研究团队致力于无机光电功能晶体材料的设计合成、结构组装、晶体生长及光电性能研究，瞄准光电功能晶体材料的重要前沿领域，基于非中心对称结构的光电功能晶体材料，在国际上原创发展引领了“无机有机杂化光铁电半导体”晶体材料的研究，创新结构设计开拓新一代无铍深紫外非线性光学晶体材料以及拓展非线性光学晶体材料新体系；作为通讯作者已发表SCI论文300余篇，，论文他引11048次，H-index为58，2020/2021年爱思唯尔中国高被引学者（材料科学与工程）。授权发明专利32项（其中PCT国际发明专利1项）；先后主持国家自然科学基金重大研究计划项目和重点项目，以及中科院基础前沿科学研究计划“0到1”原始创新项目，国家自然科学基金杰出青年基金、优秀青年基金，面上项目和闽都创新实验室自主部署项目等。先后获得福建省自然科学奖二等奖，入选国家“万人计划”科技创新领军人才，第二十二届运盛青年科技奖，国务院政府特殊津贴，第十三届福建青年科技奖和第二届福州青年科技奖，中科院百人计划，福建省高层次创新人才计划等。担任《Crystal Growth & Design》杂志Topic Editor、编委，《Chinese Chemical Letters》副主编，《Chinese Journal of Structural Chemistry》副主编。
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