我所發現錳離子摻雜鈣鈦礦單晶熒光動力學調控機理

  近日,我所超快時間分辨光譜與動力學研究組(1110組)金盛燁研究員團隊在正二價錳離子(Mn2+)摻雜的單一CsPbCl3鈣鈦礦微晶中,通過改變激發條件,成功實現了連續、可逆、寬范圍、高穩定性的發光顏色調控,發現錳離子摻雜鈣鈦礦單晶熒光動力學調控機理。

  CsPbX3(X=Cl-, Br-, I-) 鈣鈦礦材料因其具有相對穩定的理化性質、較高的熒光量子產率和連續可調的半導體能帶結構等優點,在發光器件等領域表現出極大的發展潛力。此前,關于鈣鈦礦材料發光顏色調控的研究,主要集中于控制納米晶生長尺寸以及調整材料鹵素離子的種類和相對比例上。然而,在這些材料中,熒光發射波長與其結構組成一一對應,如需對發光顏色加以調節,則需要改變材料的化學組成,或需要同時使用多種材料實現發光顏色的調控,給實際應用造成了不便。

  該研究團隊首次報道了Mn2+摻雜的CsPbCl3微晶,通過內部能量轉移過程,實現了激子(藍色)和Mn2+離子(橙色)的雙波長熒光發射。在不改變材料化學組成的前提下,通過改變激發光強度,在單一微晶中,成功實現了對發光顏色連續、可逆、寬范圍的調控。此外,該團隊利用時間分辨光譜和溫度依賴性實驗,證實了在Mn2+摻雜CsPbCl3微晶中,激子向Mn2+的能量轉移是通過一些淺缺陷態作為媒介實現的,在高激發功率下Mn2+熒光強度的飽和來源于這些缺陷態的飽和。該材料在空氣中表現出了較高的光穩定性,可實現超過14小時、300次以上的連續可逆光譜調節操作??紤]到其顏色連續、可逆、寬范圍調控的發光特性和光穩定性,Mn2+摻雜CsPbCl3微晶有望在微納發光器件中得以應用。

  上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃“納米科技”重點專項和中科院戰略性先導科技專項(B)“能源化學轉化的本質與調控”的支持。相關研究成果發表在《美國化學會志》(J. Am. Chem. Soc. )上。(文/圖 孫祺)

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