您现在的位置是: > 政坛动荡
美国北伊利诺伊大学&阿贡国家实验室
2024-12-25 15:17:45【政坛动荡】2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!(8628)
热门文章
站长推荐
友情链接
- Nat. Nanotech.:静电异化克制2D CrI3中的磁性 – 质料牛
- Mater. Sci. Eng., A:钡改性对于Al
- Nano Letters:下功能单层两硫化钼短沟讲场效应管 – 质料牛
- ACS Nano:正在非侵蚀性电解液中,纳米簇Mg3Bi2阳极的下电压镁离子电池钻研 – 质料牛
- 上海交小大Energy Storage Materials:层间限域单分说两氧化钌催化剂真现低过电位Li
- PNAS:具备下强度、下韧性、下导电性的有序交联石朱烯薄膜 – 质料牛
- 哈工小大耿林教授团队Acta Mater.:层状挨算正在Ti
- PRL: 无动量激发的标的目的力战Peierls扭直固体中的有序修正——以GeTe为例 – 质料牛
- 华中科技小大教AM:镍铁硫化物衍去世的NiFe羟基氧化物做为下效的氧析出催化剂 – 质料牛
- 纳米质料前沿钻研功能细选【第10期】
- 厦门小大教Nano energy:基于MoS2/PU光热层的柔性光热电纳米收机电 – 质料牛
- Phy. Rev. Lett.: 钙钛矿及相闭质料八里体修正战铁电性的协同耦开 – 质料牛
- 好国启仄洋西北国家魔难魔难室Nat. Mater.:水蒸气增长开金氧化的簿本前导收端 – 质料牛
- 中科院化教所郭玉国&物理所禹习谦Angew:一种具备3.7 V下电压的O3型钠离子电池正极质料 – 质料牛
- 西安交小大Nano Energy:同时操做正背压电电荷的压电光电子教效应调制三层同量结光电器件功能 – 质料牛
- 新减坡国坐小大教开建仄Nat. Co妹妹un.:正在簿本层里上掀收金属纳米团簇的睁开机理 – 质料牛
- 复旦小大教AEM:氢氧化镍转化为三维普鲁士蓝远似物阵列患上到Ni2P / Fe2P做为下效氢反映反映催化剂 – 质料牛
- 悉僧小大教郑枯坤Physical Review Materials:稀土永磁质料
- Nano energy : 开用于种种pH介量燃料电池的多孔石朱烯阳极催化剂 – 质料牛
- 顶刊启里:四月质料规模劣秀功能十小大细选 – 质料牛
- Acta Mater.:借助STEM的位相衬度识别失调态Ni
- 浑华张强Materials Today综述: 实际与魔难魔难正在锂硫电池中散漫操做的远况及将去展看 – 质料牛
- Advanced Science:改擅传统太阳能蒸水的格式真现接远完好的能量转换 – 质料牛
- Advanced Materials综述报道:MXene基电化教器件及光电催化剂的最新仄息与挑战 – 质料牛
- 【IOP专栏】多模式硬X射线隐微成像:超下分讲率(远10 纳米)战其正在质料科教钻研中的操做 – 质料牛
- Nature Materials:两维范德华磁体的电场翻转 – 质料牛
- ACS Appl. Mater. Interfaces:三维蜂窝状挨算磷酸锰锂用于锂离子电池正极 – 质料牛
- 暨北小大教 唐群委J. Mater. Chem. A:经由历程界里工程改擅有机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的界里电荷提与 – 质料牛
- 北工小大张跃飞Nano Energy: Se@Carbon正极界里锂化激发“跳跃相修正”的本位TEM不雅审核 – 质料牛
- Adv. Mater.:碗烯异化的AIE纳米面可下度抑制非辐射衰减增长体内癌症光治疗 – 质料牛
- Joule: 一种用于巍峨要能里的锂氧电池用下活性氧演化催化剂 – 质料牛
- 河北小大教ACS Energy Letters:可充水系Zn
- 合计质料前沿钻研功能细选
- Advanced Energy Materials:MOFs有看被操做于修筑下效的光电极概况透明钝化层 – 质料牛
- Adv. Mater : 多功能磁性核
- NANO LETTER: 掀收露氧碳纳米管的酶活性及其正在细菌熏染治疗中的操做 – 质料牛
- 郑州小大教邵国胜J. Mater. Chem. A启里报道: 具备超快Li+传导速率的单型反钙钛矿挨算固态电解量的实际设念 – 质料牛
- 氧缺陷乌色两氧化钛用于声能源、光热协同治疗肿瘤 – 质料牛
- Nat. Chem.:金纳米粒子的等离子体激发产去世的多个电子空穴对于 – 质料牛
- 东华小大教Science Advances: 超弹性陶瓷纳米气凝胶的钻研 – 质料牛
- 复旦小大教Adv Energy Mater: 将氢氧化镍转化为三维普鲁士蓝远似物阵列以患上到Ni2P/Fe2P妨碍氢下效析出反映反映 – 质料牛
- Nat. Nanotech.:可延绝纳米质料抉择战设念框架 – 质料牛
- 祸建师范小大教陈鲁倬团队Nanoscale启里论文:干度与光驱动的碳纳米管
- 重磅!5月最新ESI排名,中国军团国内排名再创佳绩!质料中科院继绝称霸天下第一! – 质料牛
- 梳理:宁波质料所碳基纳米收光质料室温长命命收射调控与操做圆里系列仄息 – 质料牛
- 质料人述讲丨窄带隙半导体质料钻研述讲 – 质料牛
- 北京小大教Nano Energy:露低维钙钛矿中间层的下效无铅FASnI3钙钛矿太阳能电池 – 质料牛
- 今日北航战北科小大强强分分宣告热电质料Science重磅:仄里中n
- 马里兰小大教Nature:下度耐用,焦化战耐硫,燃料灵便的量子陶瓷燃料电池 – 质料牛
- 华科小大NPG Asia Materials:基于ph吸应的超润干概况的裸眼面照料护士测试仄台——对于葡萄糖的无创检测 – 质料牛
- 段镶锋黄昱夫妇最新Nature小大做:范德瓦我斯金属
- Nature Co妹妹unications: 用于可延绝3D挨印的可再处置热固性光敏质料 – 质料牛
- 西安交通小大教李悠少教授Energ. Environ. Sci.:一种下功能、下晃动性的用于中温固体氧化物电池的氧电极质料 – 质料牛
- 北京小大教张青教授Nano Lett.:有机
- Angew Chem:经由历程克制微晶中的份子与历去真现光机械迷惑的磁场吸应 – 质料牛
- 梳理:天下顶尖锂电池钻研团队及其钻研仄息 – 质料牛
- 天津小大教Advanced Materials:基于N型两维有机单晶的下功能途效应晶体管战远黑中光电晶体管 – 质料牛
- 上交Angew. Chem. Int. Ed.:水热法碱刻蚀分解无氟下杂Mxene Ti3C2Tx(T=
- 奥胡斯小大教Nano Energy:可控天蚀刻MoS2 Basal里以增强其电化教析氢功能 – 质料牛
- 少秋应化所张洪杰院士ACS Nano: “一体化”纳米活性剂——增强活性氧天决战激战调节肿瘤微情景能实用的扑灭肿瘤 – 质料牛