近期，物理学院有机光电子学团队秦伟等人在有机手性材料用于圆偏振光的探测及有机手性光-磁耦合现象上取得了新的研究系列进展，相关工作分别发表于Advanced Materials (Cover)、Nano Letters、ACS Nano以及Small等期刊，第一作者分别为物理学院博士研究生胡人杰、陈志艳、高铭升，山东大学为第一作者单位。


不同偏振光激发下电子的选择性跃迁示意图及不同波长的偏振光激发下的光电流不对称因子

在自旋电子学中，自旋动力学及对自旋操控引起了大家的广泛关注。秦伟等人通过在有机晶体中引入手性轨道，使得圆偏振光子可以通过光子—轨道—自旋相互作用的通道来对电子自旋进行操控。利用圆偏振光可以进一步调节聚集体手性纤维内部的自旋动力学过程（或自旋响应时间）。并且，同素异构的有机晶格振动模式和电子—晶格耦合表现出明显的差异，呈现出不同强度的自旋极化。由于同素异形电荷转移晶体内的晶格和自旋之间的耦合存在显著差异，磁场在不同晶体中的光透射及荧光寿命上存在不同程度的可调性。此外，第三个分量的引入可以导致分子构型的重排，进而改变电子—晶格相互作用。由于三元晶体中的各向异性电子—声子耦合，可以观察到明显的各向异性磁性。基于手性自旋功能材料实现的圆偏振光探测在生物探测成像和量子光学中有着巨大的潜在应用空间。通过设计一种手性聚合物作为给体，成功制备出高性能圆偏振光探测器，实现了从紫外（300 nm）到近红外（1100 nm）圆偏振光的检测。该探测器具有区分左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的优异能力，并具备在探测率、响应度和光电流方面的不对称性。进一步研究发现，施加外磁场，光电流的不对称性可以从0.18增加到0.23。此外，手性产生的轨道角动量被认为是决定圆偏振光探测性能的关键因素之一。总的来说，该工作制备的有机圆偏振光探测器具有良好的探测稳定性，在未来构造灵活、紧凑的集成平台上发挥了巨大的潜力。

相关成果以“An Organic Chiroptical Detector Favoring Circularly Polarized Light Detecting from Near-Infrared to Ultraviolet and Magnetic Field Amplifying Dissymmetry in Detectivity”为题发表在Advanced Materials；以“Mechanoresponsive Spin via Spin–Lattice Coupling in Organic Cocrystals”为题发表在Nano Letters；以“Synergistic effect of chiral nanofibers amplifying the orbit angular momentum to enhance opto-magnetic coupling为题发表在ACS Nano；以Dimerization triggered multiferroic effect and magnetic anisotropy in organic ternary crystals”为题发表在Small。

该研究得到了国家自然科学基金、晶体材料国重室自主课题项目、山东省泰山学者、山东省杰出青年基金、山东大学配套项目等项目的支持。山东大学公共测试平台为本工作提供了重要支撑。

论文链接：

1.An Organic Chiroptical Detector Favoring Circularly Polarized Light Detection from Near-Infrared to Ultraviolet and Magnetic-Field-Amplifying Dissymmetry in Detectivity

2.Mechanoresponsive Spin via Spin–Lattice Coupling in Organic Cocrystals

3.Synergistic Effect of Chiral Nanofibers Amplifying the Orbit Angular Momentum To Enhance Optomagnetic Coupling

4.Dimerization Triggered Magnetoelectric Coupling Effect and Magnetic Anisotropy in Organic Ternary Crystals