本文要点
本文探讨了手性钙钛矿材料在光子学中的应用，特别是它们在手性光学现象中的表现，如圆二色性（CD）和圆偏振光发光（CPPL）。这些现象使手性钙钛矿在量子通信、光学自旋电子学和生物科学等领域具有重要应用潜力。
研究背景
圆偏振光在手性光子学中通过与材料相互作用，可以揭示材料的化学结构、结构构象以及光电子特性。这种手性光学现象和手性特性的解释构成了手性光子学的基础。
传统的有机手性材料在近紫外区表现出强烈的手性光学活性，但由于其结构柔软，难以堆叠，导致其在基于偏振现象的光电子设备中的电荷转移能力较差。为解决这些问题，有机-无机杂化钙钛矿（OIHPs）因其优异的光电特性和结构灵活性而成为有潜力的非线性光学器件材料。OIHPs通过卤化物组成工程和量子尺寸效应，可以实现颜色的灵活调节，具有小的有效质量、长的自旋寿命和高的电子/空穴迁移率。然而，由于其晶体结构的中心对称性，OIHPs 不能直接用于手性光子学中。
研究内容
研究指出，手性分子可以通过与无机钙钛矿材料表面的相互作用，引发晶格的扭曲或晶体结构的变化。这种手性传递方式可以导致材料产生手性光学活性，尤其是在低维度钙钛矿中，这些结构变化使得晶体结构从无手性向有手性转变。
除了空间重排，文章还重点讨论了电子相互作用在手性转移中的作用。手性分子与无机框架（例如PbX4或PbX3）的激子态之间的相互作用能够增强手性光学活性。研究表明，手性分子的最高占据分子轨道（HOMO）与钙钛矿的价带之间的有效混合可能显著影响材料的光学表现。这种相互作用不仅改变了材料的电子构型，还可能引发激子态的分裂，从而增强材料的手性光学活性。
库仑偶极-偶极相互作用是另一种手性传递机制。研究表明，手性分子与无机框架之间的库仑相互作用能够使得无机材料表现出手性光学活性，尽管其晶体结构本身是无手性的。这种相互作用可能会导致电子态的混合或耦合，从而增强手性光学现象。
在手性钙钛矿材料中，晶体结构的非中心对称性对于产生和增强手性光学活性至关重要。通过调整钙钛矿的晶体结构，例如通过掺杂或改变晶体中的配体，可以显著影响材料的手性光学特性。
总结与展望
手性机制在实际光子学应用中的潜力巨大，例如圆偏振光（CPL）探测器和自旋电子器件。这些应用依赖于材料的手性光学活性和自旋极化特性，这些特性可以通过前述的手性传递机制得到增强。
文献详情
Sunihl Ma, Jihoon Ahn, Jooho Moon
DOI: 10.1002/adma.202005760
Adv. Mater. 2021, 2005760
