王长顺教授课题组在手性铜基卤化物光学活性调控和各向异性二次谐波研究中获重要进展

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近日，国际著名期刊《Nano Letters》在线发表了上海交通大学物理与天文学院王长顺教授课题组题为“Regulating Optical Activity and Anisotropic Second-Harmonic Generation in Zero-Dimensional Hybrid Copper Halide”的论文。该工作为调控手性金属卤化物光学活性和各向异性二次谐波产生提供了新思路，提出了基于二次谐波圆二色性光谱表征手性材料的新方法。

图1 手性杂化铜基卤化物的二次谐波圆二色性示意图

       由于具有镜像不对称性，手性材料最近在跨学科领域引起人们的广泛关注，并在三维显示、不对称合成、手性传感和手性光电子学等应用中已展现出诱人的发展前景。作为一类新兴的半导体材料，有机-无机杂化金属卤化物在其结构和组成上具有灵活的可调性，这为进一步将其优异的光电特性扩展到手性光电子学提供了可能。此外，二次谐波的产生描述了光与物质相互作用的二阶非线性光学响应，是多种光子应用如频率上转换和光参量振荡的基础，而产生二次谐波需要非中心对称的结构。这种情况下，手性杂化金属卤化物因其固有的结构不对称性在二次谐波产生方面显示出巨大的应用潜力。然而，合成具有可调节光学活性的手性杂化金属卤化物尚未得到充分研究，且手性杂化金属卤化物中偏振分辨二次谐波的研究鲜有报道，而这却是开展手性光学研究和相关应用开发所必需的。

图2 手性对映体分子以及手性杂化铜基卤化物的晶格结构示意图

       为解决上述问题，研究者选择了两种类型的手性有机对映体阳离子与氯化铜组装，通过一步溶液处理旋涂法制备了在不同空间群结晶的手性薄膜。尽管两对薄膜材料的无机结构单元的组成上相似，但两种手性杂化铜基卤化物在光学活性方面表现出显着差异，进一步分析证实这可归因于它们的磁跃迁偶极矩的差异。此外，线偏振和圆偏振分辨二次谐波测量实验结果表明，1-R在880 nm激发下表现出高达0.41的二次谐波圆二色性各向异性因子。

图3 手性杂化铜基卤化物的线偏振和圆偏振分辨二次谐波

        此项研究是课题组在已发表合作论文“Giant Optical Activity and Second Harmonic Generation in 2D Hybrid Copper Halides, Angew. Chem. Int. Ed. (2021) 60 (15): 8441-8445, (IF: 15.336)”的基础上，通过进一步选择手性有机对映体，实现了光学活性和各向异性二次谐波的有效调控。手性杂化金属卤化物因其独特的二阶非线性光学响应和二次谐波圆二色各向异性因子，非常适合于设计新型光子学器件。Nano Letters是美国化学会（ACS）旗下纳米材料领域的顶级学术期刊。
         本论文中，上海交通大学博士生郭志航及深圳大学博士生李珺子为共同第一作者，王长顺教授、深圳大学贺廷超教授和香港中文大学（深圳）朱熹助理教授为共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金重大研究计划（92050116）、深圳市基础研究项目（CYJ20190808121211510，JCYJ20210324094414039）以及广东省教育厅特色创新项目（2018KTSCX198）的资助。
         论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c04669


        文章来源：上海交通大学
        王长顺，1965年1月出生，上海交通大学物理系教授、博士生导师。1999年6月在吉林大学物理系获得博士学位，2001年5月至2003年3月在日本分子科学研究所作访问学者。科研上主要从事光学信息存储、有机聚合物材料非线性光学、同步辐射刻蚀等方面的研究。