【Nature Communications】室温下可调控的红色圆偏振发光：手性铕基卤化物的创新设计

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研究背景

手性有机-无机杂化金属卤化物因其优异的光学性能和溶液加工性，在圆偏振发光（CPL）领域展现出巨大潜力，尤其在高分辨率3D显示、光学防伪、信息加密和生物探针等领域具有重要应用前景。然而，开发高性能的红色CPL发射体仍面临巨大挑战。现有的手性金属卤化物发射体大多基于锰离子，存在发射峰宽、颜色纯度不足等问题，且难以精确预测发射波段。因此，开发新型策略以实现高颜色纯度和可预测红色发射的手性杂化金属卤化物是当前研究的重点。
研究内容
近日，南开大学龙官奎、杜亚平、北京交通大学王恺团队在Nature Communications期刊上发表了题为“Chiral europium halides with highperformance magnetic field tunable red circularly polarized luminescence at room temperature”的论文。他们将三价铕离子（Eu³⁺）的 f-f 跃迁特性与手性相结合，构建了手性铕基卤化物 (R/S-3BrMBA)₃EuCl₆。该化合物展现出强烈且可预测的红色发射，具有高光致发光量子产率（59.8%）、窄带宽（约 2 纳米）、长寿命（约 2 毫秒），以及高达 1.84×10⁻² 的大不对称因子 | glum|。与此前报道的手性金属卤化物相比，这些手性铕基卤化物显示出最高的红色 CPL 亮度。此外，(R/S-3BrMBA)₃EuCl₆的光致发光偏振度可由外部磁场调控。特别地，得益于外场在激子态下产生的塞曼分裂和自旋混合，在室温下观察到了反常的正磁光致发光现象。这项工作为构建高性能纯红色 CPL 发射体提供了有效策略，也为手性稀土卤化物在 chiral 光电子和自旋电子学应用方面开辟了道路。
文章亮点

  1. 高性能红色CPL发射体的构建：通过结合铕离子（Eu³⁺）的f-f跃迁特性和手性，设计并合成了手性铕基卤化物（R/S-3BrMBA）₃EuCl₆，展现出高效、窄带（约2 nm）红色发光（594 nm）、高光致发光量子产率（PLQY = 59.8%）和长寿命（约2 ms）。

  2. 磁场调控的光致发光偏振：首次实现了通过外部磁场对手性铕基卤化物的光致发光偏振度（DP）进行有效调控，并观察到在室温下异常的正磁光致发光（MPL）效应，这归因于磁场诱导的Zeeman分裂和激子态的自旋混合。

  3. 优异的光学性能和手性转移：该材料展现出目前报道的最高红色CPL亮度，并且通过手性诱导实现了从有机阳离子到无机框架的手性转移，为手性光学材料的设计提供了新思路。

    文章信息

    期刊：Nature Communications

    题目：Chiral europium halides with high-performance magnetic field tunable red circularly polarized luminescence at room temperature

    作者：Xinyi Niu, Yang Li, Haolin Lu, Zhaoyu Wang, Yunxin Zhang, Tianyin Shao, Hebin Wang, Sehrish Gull, Bing Sun, Hao-Li Zhang, Yongsheng Chen, Kai Wang, Yaping Du & Guankui Long

    接受日期:20 February 2025

    原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-57620-0