魏茨曼科學研究院Adv. Funct. Mater.：手性二維膠體半導體量子阱

【引言】

手性半導體量子點兼具量子點的量子限域效應和手性光學響應的特點，已經成為納米材料中一個非常重要的分支，在手性傳感，不對稱催化，量子光學，以及自旋電子學方面都表現出了巨大的應用前景。只有極少數的量子點如HgS等存在內在手性特性，絕大多數的量子點材料是非手性的。由于量子點的比表面積非常大，手性一般是可以通過量子點和手性有機配體間的耦合誘導進量子點中，這也被稱為誘導手性，但是對量子點中的誘導手性光學效應的來源，其機理尚未研究清楚。這主要是因為幾乎所有的研究都是基于球形的量子點為模型，對各向異性的納米粒子研究極少。

【成果簡介】

近日，來自以色列魏茲曼科學研究院的楊高嶺博士等人制備出了手性的二維膠體半導體量子阱，并以此為模型對手性誘導機制進行了深入的研究。由于二維量子阱非常大的比表面積，他們在CdSe納米片中觀測到了非常大的圓二色性響應（g因子最大可達 8.5 × 10^-4）。此外，以手性CdSe-CdS 核-冠納米片為模型，CdSe和CdS的雙激子圓二色性響應同時被檢測到，這進一步證明了誘導手性主要是由面內偶極子與表面配體耦合所致。相關成果以“chiral 2D colloidal semiconductor quantum wells”為題發表在Advanced Functional Materials上。

【圖文導讀】

圖1 不同尺寸的CdSe納米片形貌和光學特性表征

（a-f）不同尺寸的CdSe納米片TEM圖

（g）不同尺寸的CdSe納米片的吸收和發射光譜圖

（h）CdSe納米片的吸收峰和發射峰與尺寸的關系圖

圖2 量子點和納米片的圓二色性（CD）光譜比較

（a-c）CdSe量子點的TEM圖，配體交換前后的吸收光譜圖，及CD光譜圖

（d-f）5層CdSe納米片的TEM圖，配體交換前后的吸收光譜圖，及CD光譜圖

圖3 納米片橫向尺寸依賴的圓二色性光學響應

（a）5層CdSe納米片橫向尺寸變化示意圖

（b）不同橫向尺寸CdSe納米片的吸收光譜圖

（c）不同橫向尺寸CdSe納米片的CD光譜圖

（d）CdSe納米片的g因子與橫向尺寸的關系

圖4 納米片厚度依賴的圓二色性光學響應

（a） ?不同厚度的CdSe納米片厚度變化示意圖

（b, c）3層D-手性和L-手性的CdSe納米片的吸收光譜和CD光譜

（d, e）4層D-手性和L-手性的CdSe納米片的吸收光譜和CD光譜

（f, g）5層D-手性和L-手性的CdSe納米片的吸收光譜和CD光譜

圖5 核殼納米片的圓二色性光學響應

（a）CdSe/CdS核殼納米片示意圖

（b）CdSe/CdS核殼納米片TEM形貌圖

（c）不同殼層的CdSe/CdS核殼納米片吸收光譜圖

（d）不同殼層的CdSe/CdS核殼納米片CD光譜圖

圖6 核冠納米片的圓二色性光學響應

（a）CdSe-CdS核冠納米片示意圖

（b）CdSe納米片及CdSe-CdS核冠納米片的吸收光譜圖

（c）CdSe納米片及CdSe-CdS核冠納米片的CD光譜圖

【小結】

該工作首次制備出了二維手性半導體量子阱，并對其手性光學特性進行了系統研究。由于納米片非常大的比表面積及其閃鋅礦結構，手性納米片展現出非常大的CD響應，及與量子點和納米棒不同的吸收性的CD光譜曲線形狀。此外，在CdSe-CdS核冠納米片中，雙激子圓二色性響應也被檢測出，進一步證明了誘導手性主要是由面內偶極子與表面配體耦合所致。這項工作不僅更深層次的解釋了半導體納米顆粒中配體誘導手性光學效應的來源，也為合成具有高手性光學響應的新型半導體納米材料提供了新的思路。

文獻鏈接：Chiral 2D Colloidal Semiconductor Quantum Wells（Adv. Funct. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201802012）

本文由第一作者楊高嶺供稿。

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