【纳米】ACS Nano | 山东大学秦伟: 轨道角动量对有机手性晶体光-磁耦合的影响- 大数跨境

【纳米】ACS Nano | 山东大学秦伟: 轨道角动量对有机手性晶体光-磁耦合的影响

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2022-03-18

导读：山东大学秦伟教授在ACS Nano上发表了有机纳米纤维中自旋光子相互作用的手性轨道依赖性研究

英文原题：Synergistic Effect of Chiral Nanofibers Amplifying the Orbit Angular Momentum To Enhance Opto-magnetic Coupling

通讯作者：秦伟，山东大学

作者：Mingsheng Gao (高铭升), Kangning Zhang (张康宁), Xiao-Tao Hao (郝晓涛) and Wei Qin (秦伟)

文章亮点概述

1. 观察到光子-轨道-自旋耦合引起的光磁效应。

2. 将多个手性纳米纤维拧成一根粗的纤维，增强手性轨道，实现更明显的光-磁耦合。

3. 从极化子的角度研究了光-磁耦合对手性轨道的依赖性。

背景介绍

在无机材料中，强光-磁耦合效应可以通过提高自旋-轨道耦合实现。在圆偏振光照射下，自旋、轨道和光子之间的角动量转换能够调节磁化强度。然而，在大多数有机体系中，由于自旋-轨道耦合太弱，这一过程难以实现。近年来，有机手性材料的自旋性质逐渐进入了科研工作者的视野。通过分子和自组装设计将有机分子手性排列，能够有效地提高体系的轨道效应。因此，可以考虑在有机晶体中引入手性轨道，使得圆偏振光可以通过光子-轨道-自旋的相互作用通道来操纵自旋。

图1. 离散型和聚集型的手性纳米纤维。

文章亮点

近日，山东大学秦伟教授在ACS Nano上发表了有机纳米纤维中自旋光子相互作用的手性轨道依赖性研究。通过引入手性诱导的轨道角动量，在有机手性纳米纤维中观察到圆偏振光子对自旋的操纵，并且通过将多根手性纳米纤维拧成一根更粗的手性纤维（聚集型），增强了手性轨道效应，实现了更明显的有机光-磁耦合。

图2. 手性纳米纤维透射率的磁场依赖性。

作者发现外磁场可以有效影响圆偏振光子辅助跃迁的情况。对于聚集型手性纳米纤维，透射率随外磁场有明显变化。而对于手性轨道效应较弱的单根纳米纤维（离散型），透射率随外部磁场变化非常弱。此外，作者还从极化子的角度考虑了手性轨道对自旋-光子耦合的影响。通过降低温度增强手性轨道效应，使得离散型的手性纳米纤维也表现出光-磁耦合效应。对于互为镜像的两种手性纳米纤维，透射率对磁场的响应呈现出相反的行为。

总结/展望

本文设计了具有不同对称性的有机手性纳米纤维来研究自旋-光子耦合的手性轨道依赖性。总体而言，手性轨道是有机材料中光子与极化自旋耦合的关键桥梁。希望这个工作可以推动有机自旋动力学和圆偏振光调控自旋等方面的研究。

相关论文发表在ACS Nano上，山东大学博士研究生高铭升为文章的第一作者，秦伟教授为通讯作者。

通讯作者介绍：

秦伟教授

山东大学教授，博士生导师，齐鲁青年学者，山东大学杰出中青年学者，山东省泰山学者青年专家，山东省杰青。目前主要从事有机自旋电子学、有机自旋光电子学方面的研究。主要研究方向包括：有机/无机杂化钙钛矿结构中的光伏过程和磁光效应；有机晶体材料与器件中的磁电耦合以及多铁效应；有机手性材料中自旋-晶格-轨道耦合效应等。近年来，主要从实验和理论的角度研究有机半导体器件的磁电阻效应、有机给体-受体晶体的室温铁磁性以及有机多铁晶体中的磁电耦合效应，并取得了一系列重要研究成果。研究成果发表在Adv.Mater., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano等国内外顶级期刊上。

* 课题组主页：https://faculty.sdu.edu.cn/qinwei1/zh_CN/index.htm

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