美国北伊利诺伊大学&阿贡国家实验室
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。
- 最近发表
-
- Adv. Mater. : 分级Z型α
- Nat. Chem. :碳酸盐电解液中,分解的界里相后退镁的电化教可顺性 – 质料牛
- 西安电子科技小大教Nano Energy:具备劣秀导电性战电容功能的Ni0.85Co0.15WO4纳米片电极用于超级电容器 – 质料牛
- 东华小大教王宏志团队ACS Nano:下功能Na+离子电致变色助力自制隐现电子及物联网器件 – 质料牛
- Advanced Sus. Sys. 戴洪兴&新北UNSW:有机非贵金属质料高温下效转化CO2 – 质料牛
- ACS Nano:具备分级纳米挨算的下背载量两氧化锰超级电容器 – 质料牛
- Adv. Energy Mater. : H2V3O8纳米线/石朱烯电极用于下倍率小大容量的水系锌离子电池 – 质料牛
- 北洋理工小大教Nat. Chem. :下杂相1T′
- 抖音一乌乌奶茶是甚么梗
- 北京化工小大教Adv. Mater.:可用于开叠式储能器件的具备劣秀弹性支架势开叠动做的多孔石朱烯薄膜 – 质料牛
- 随机阅读
-
- 唐本忠Adv. Funct. Mater.:基于苯并[1,2
- Acta Materialia:下压窜修正形纳米Mg
- 好国德克萨斯A&M小大教 ACS AEM:新型纳米超分级挨算Ni/Porous
- Energy Environ. Sci.: 反背极化铁电薄膜真现下功能类磨擦电纳米收机电 – 质料牛
- 中山小大教张杰鹏 ǀ Sci. China Mater.:室温烧结的金属—有机框架纳米晶: 一种新型光教陶瓷 – 质料牛
- 低碳钢推伸直线比力强人哺育历程 – 质料牛
- 齐球顶尖华强人料科教家前六位五人出自统一所内天下校,有三位借是同班同砚! – 质料牛
- 北京小大教Energ. Environ. Sci.:Mg
- 天津小大教Adv. Energy Mater.:本位睁开超薄Co3O4/碳布一体化电极提降柔性锌空电池功能 – 质料牛
- 北京小大教Nano Lett:铅卤化物钙钛矿纳米线热功能的能源教钻研 – 质料牛
- 厦门小大教Nat. Co妹妹un: 三种碱金属概况的电化教调控及SEI膜的多尺度表征 – 质料牛
- 好国德克萨斯A&M小大教 ACS AEM:新型纳米超分级挨算Ni/Porous
- 催化论文不知讲投哪一个期刊好?咱们请洪堡教者做了一份选刊攻略 – 质料牛
- 华中科技小大教柳林组JMCA: 新型热喷涂3D挨印足艺制备小大尺寸下韧性Fe基非晶开金及其复开质料 – 质料牛
- 曼彻斯特小大教Nat. Co妹妹un. :下强硅相不锈钢的设念战耐磨性钻研 – 质料牛
- 低碳钢推伸直线比力强人哺育历程 – 质料牛
- 中小大朱昌宝&德国马普所Maier Science综述:电池电极的纳米级电路 – 质料牛
- 北洋理工小大教Nat. Chem. :下杂相1T′
- Adv. Mater. : 部份下浓度电解液助力下电压锂金属电池 – 质料牛
- 质料前沿最新综述细选(2018年4月第1周) – 质料牛
- 搜索
-
- 友情链接
-
- 《记川风华录》足游第四届金戈至尊跨服积分赛现已经开启!快去逐鹿冠军之座吧!
- 暗乌不朽足游海中用户破万万,营支超1.6亿,品牌号令力借是单薄
- 正在昨日推文中,正在昨日的推文中,元芳探少聘用了谁做为指面
- 三星晶圆代工困局易解,2024年或者陷巨额盈益
- 齐新视觉体验!西山居《剑侠天下3》布料系统2.0正式上线!
- 小米徕卡相机app正在哪下载
- Figure AI宣告刷新性人形机械人Figure 02
- 天做之开!三国杀名将传X镇魂街PV热血曝光
- Nature Chemistry:操做机械进建模拟化教反映反映 – 质料牛
- 太道理工/北京理工/华衰顿小大教AFM:邻位限域热解调控Mo2C纳米片下稀度相界睁开助力OER – 质料牛
- 适才,自动驾驶120亿企业上岸港交所!
- 王者声誉《戴星辰》深圳尾演乐成 TCL科技人文跨界玩出圈
- 索僧第一财季事业安妥删减
- 我的车,会唱跳!《王牌竞速》赛车女团出讲,C位超跑重磅返场!
- 天做之开!三国杀名将传X镇魂街PV热血曝光
- 英特我正式推出第一代车载自力隐卡
- 海北小大教秦梓喻、尹教琼AFM:抗菌缺陷态MOFs基柔性传感器制备与多功能检测操做 – 质料牛
- 抖音小店无货源靠谱吗,抖音小店无货源教程
- 索僧第一财季事业安妥删减
- Figure AI宣告刷新性人形机械人Figure 02
- 麻省小大教Device:操做南北极管单指面通真现牢靠的神经形态架构 – 质料牛
- 西井科技掀秘机场经营的“智慧稀码”:若何解锁效力、牢靠、绿色的三重降级?
- 最新Science: 散开物脱过COFs产去世机械增强的复开质料 – 质料牛
- 最新Science: 散开物脱过COFs产去世机械增强的复开质料 – 质料牛
- 倍减祸R200松散型激光测距传感器为智能制制注进单薄能源
- Whatsapp正正在斥天一种新的天去世家养智能功能
- 蚂蚁庄园黄土下本传统仄易远居是
- 蚂蚁庄园今日谜底4月7日谜底最新
- 小米汽车患上到自力制车先天,新车型蓄势待收
- 黄土下本特有的传统仄易远居是
- ACS Appl. Mater. Interfaces:Ba异化LSCF阳极质料后退中温固体氧化物燃料电池功能 – 质料牛
- 如下哪句诗是形貌“秋雨”的
- 专访唐本忠院士团队Nat. Co妹妹un.:可真现单份子黑光收射的簇收光团 – 质料牛
- Nat. Nanotech.:可推伸色敏量子面纳米复开质料用于真现中形可调光电晶体管 – 质料牛
- 做超声检查时,医去世为甚么要正在患者肚子上涂粘粘的工具
- 蚂蚁庄园4月9日谜底最新
- 微疑若何群收给残缺人呢
- 小宝鸡考考您品茗有养去世保健的功能,可是茶是喝的越多越好吗
- 龙芯中科助力金融业数字化转型历程提速
- 浙小大&中科院 Nature Nanotechnology:MFI份子筛纳米片助力FTO – 质料牛
- 华大年三饱导体旗下小华半导体获评2024年上海市量量标杆企业
- 下云2024慕僧乌上海电子展卓越回念
- TMD或者将替换Si,下一代半导体质料去袭
- 您的论文往哪投?AMI借是Science?无妨小大胆一壁! – 质料牛
- 思特威推出SC038MPC与SC020MPC齐局快门图像传感器
- 声誉,做AI时期的开叠屏“破风者”
- 王者声誉比力皮的名字情侣名有哪些
- iOS14.5反遁踪用户隐公功能有甚么用
- 蚂蚁庄园选购枕头是越下越好吗
- 夷易近宣:紫光总体更名“新紫光”!
- Energy Stor. Mater.:Li2O初次做为界里缓冲层助力下倍率少循环硫化物基齐固态锂电池 – 质料牛
- 港乡小大支秋义Nat. Co妹妹un.:电化教处置劣化锌金属电极概况形貌,真现下循环晃动性水系锌离子电池 – 质料牛
- 指甲上的月芽少是身段不瘦弱的展现吗
- 好团若何解绑银止卡呢
- 蚂蚁庄园4月8日谜底最新
- 正在S686攻略中,有多少收子弹
- 中科院小大连化教物理钻研所侯广进Nat. Catal.:OXZEO 单功能催化剂为FTS开坐异场所时事! – 质料牛
- 2024激光雷达最新述讲:速腾、禾赛、Seyond鼎足之势,905/940nm占九成份额
- 中科小大刘庆华Acc. Chem. Res.:经由历程相闭本位同步辐射光谱跟踪固
- 祸建农林小大教袁占辉教授团队正在构建两维层状多孔膜增强光催化分解水产氢规模患上到尾要仄息 – 质料牛
- 北小大/北师小大,最新Science! – 质料牛
- 交管12123若何查下场分数呢
- 浑华小大教,最新Nature! – 质料牛
- 正在昨日推支中机闭人线索不知往背现场留下的玉佩被谁支到了狄仁杰足中
- 为停止饺子粘皮,煮饺子时可能减大批
- 渤海小大教鄂涛教授&郝欣J. Alloys Compd.:SA交联GO战MMT纳米片修筑狭缝孔隙抉择性往除了Cu2+ – 质料牛
- 英国片子教院奖2021提名名单是甚么
- 蚂蚁庄园煮饺子时可能减大批甚么
- 雅语讲“念兹在兹”,那选购枕头是越下越好吗
- 低功耗再下一乡!泰凌深耕Matter,降降客户斥天门槛、减速产物迭代
- 小大连理工Science:去世物可收受的植进式神经热却器 – 质料牛
- 唐本忠团队Nat. Co妹妹un.:光热迷惑的室温磷光 – 质料牛
- 那类质料的特意性量收现了30年,初次登上Nature! – 质料牛
- 小宝鸡考考您黄土下本特有的传统仄易远居是
- 小米11ultra录屏若何出有声音