Nature子刊：用手性金屬鹵化物半導體控制光、自旋和電荷

01【導讀】

功能材料的結構不對稱性與光電特性之間的關系是一個活躍的研究領域。電荷在定向手性介質中的運動依賴于電荷的自旋構型，這種系統可以用來控制不含磁性成分的自旋分布，稱為手性誘導自旋選擇性(CISS)效應。CISS主要研究手性有機分子及其組裝體。半導體是非磁性擴展系統，可以控制電荷傳輸以及光的吸收和發射。因此，將手性引入半導體將能夠在沒有磁性元件的情況下控制電荷、自旋和光。手性金屬鹵化物半導體 (MHS) 是混合有機-無機材料，它結合了小手性有機分子的特性和擴展無機半導體的特性。手性 MHS 中 CISS 的報道使我們對 CISS 的理解和自旋相關光電特性的實現取得了突破。

02【成果掠影】

近日，香港科技大學化學系助理教授呂海鵬和美國國家可再生能源實驗室Matthew C. Beard教授等人發表了綜述性文章，探討了 CISS 在手性 MHS 中的基本原理和應用。同時，作者總結了結構多樣性和關鍵結構-性質關系，例如從有機組分到無機組分的手性轉移。此外，作者重點關注了基礎化學和物理，探索了這些半導體中自旋、光和電荷的控制。

相關綜述文章以“Control of light, spin and charge with chiral metal halide semiconductors”為題發表在Nature Reviews Chemistry上。

03【核心內容】

1. 作者首先對手性 MHS 的類型進行分類，并簡要概述手性 MHS 的發現和發展。然后，作者描述了手性 MHS 的化學和結構多樣性，并討論了控制有機和無機單元之間手性表達的特征，以及其對手性特性和自旋選擇性的方式的影響；
2. 作者強調了不對稱因素的重要性，并強調對結構和不對稱因素之間關鍵關系的理解如何能夠提供對手性轉移機制的洞察。隨后，作者評估了當前由CISS 實現的手性 MHS 中自旋相關電荷傳輸的理解，然后總結了基于這些系統的光自旋電子器件。

04【數據概覽】

圖一、手性金屬鹵化物半導體的類別? 2022 The Authors

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圖二、形態手性金屬鹵化物半導體的例子? 2022 The Authors

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圖三、分子手性金屬鹵化物半導體的例子? 2022 The Authors

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圖四、形態手性金屬鹵化物半導體中的手性表達? 2022 The Authors

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圖五、分子手性金屬鹵化物半導體中的手性表達? 2022 The Authors

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圖六、手性金屬鹵化物半導體中的手性誘導自旋選擇性? 2022 The Authors

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圖七、手性金屬鹵化物半導體在光子器件中的應用? 2022 The Authors

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圖八、基于手性金屬鹵化物半導體的代表性光自旋電子器件? 2022 The Authors

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圖九、各種手性系統中的自旋極化? 2022 The Authors

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作者簡介

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呂海鵬目前為香港科技大學化學系助理教授，于2012年在南京大學化學系獲得學士學位，并于2017年在美國南加州大學化學系獲得博士學位。之后在美國可再生能源國家實驗室做博士后研究，并于2019年獲得了美國化學會（ACS）頒發的物理化學Young Investigator Awards。呂海鵬教授在無機功能材料及機理，尤其在可控合成、有機/無機界面超快動力學機理、手性分子及自旋調控等研究領域作出了諸多頗具特色的研究成果。其課題組是一個在固體化學與納米材料、無機化學與物理化學等多學科交叉的研究組。近年來以第一作者（及共同第一作者）文章主要發表于Nat.?Rev.?Chem.,Sci. Adv., J. Am. Chem. Soc., Energy Environ. Sci., ACS Nano, ACS Energy Lett., Chem. Mater., J. Phys. Chem. Lett.等雜志。

Matthew C. Beard教授，博士畢業于耶魯大學，現為美國可再生能源國家實驗室Senior Research Fellow，同時任有機無機半導體能源中心（CHOISE）的主任，該中心是由美國能源部科學辦公室資助的能源前沿研究中心。Matt Beard博士獲得一系列國家和國際獎項，包括2012年被推選為美國物理學會會士，2014年獲得美國可再生能源實驗室杰出研究的主任獎，2019年英國皇家化學會Chemical Dynamics Award，同時被推選為英國皇家化學會會士等等。Matt Beard博士目前已發表200余篇國際期刊文章，近年在Science, Nature Energy, Nature Photonics, Science Advances, Nature Communications, Energy Environmental Science, ACS Energy Letters, Journal of the American Chemical Society等國際期刊發表多篇論文，H影響因子為68，文章引用次數達到23400多次。當前主要研究方向是太陽光轉換體系中的超快光譜動力學，開發非接觸式光譜探針研究載流子動力學和電荷傳輸以及研發新型量子材料用于新能源轉化技術。

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文獻鏈接：Control of light, spin and charge with chiral metal halide semiconductors. Nat Rev Chem (2022). https://doi.org/10.1038/s41570-022-00399-1.