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跨界應用!北理鐘海政發表Nature Photonics:鈣鈦礦的消色差波片特性

人物介紹

鐘海政教授:2003年于吉林大學獲得學士學位,2008年于中國科學院化學研究所獲得博士學位(導師:李永舫),2008年–2010年于加拿大多倫多大學從事博士后研究(合作導師:Gregory D. Scholes)。2010年加入北京理工大學材料學院,2013年破格晉升為教授。目前主要從事量子點及其應用技術研究,已在Nat. Commun., Light Sci. Appl., Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem.等期刊發表學術論文120余篇,總引用次數>11,000次,i10指數高達115。申請中國發明專利78項(授權23項),授權美國、韓國、日本發明專利共6項1

跨界應用!北理鐘海政發表Nature Photonics:鈣鈦礦的消色差波片特性

源起量子點

2013年7月,鐘老師被破格晉升為教授,他開始重新思考自己的科研方向。鈣鈦礦制備簡單,具有優異的光學性質,是當時熱門的光電材料,但是這種材料室溫下熒光效率低。鐘老師帶領團隊解決了這個難題,他們發明了“室溫配體輔助再沉淀技術”(授權專利,并轉讓給了TCL),制備了高熒光產率的鈣鈦礦量子點材料。他們在2015年發表一篇ACS Nano文章2,目前已經被引用1583次,這項工作非常領先且重要,受到了學術界和工業界的廣泛關注。

跨界應用!北理鐘海政發表Nature Photonics:鈣鈦礦的消色差波片特性

跨界應用,發表Nature Photonics

一般地,鈣鈦礦材料被用于太陽能電池、發光二極管、光電探測器、激光和鐵電材料。

一般地,消色差的波片采用多個單軸晶片的黏合、精確設計的超結構材料來實現,但是這些材料的制備極其困難。
如果鈣鈦礦不做光電材料,跨界去做波片會怎么樣?
2021年10月7日,北京理工大學鐘海政教授、張用友副教授、王涌天教授等人,首次報道鈣鈦礦跨界做寬波段消色差1/4波片,發表在Nature Photonics上3這項工作同時激活了鈣鈦礦和波片兩個方向。
如下圖所示,作者制備了兩種鈣鈦礦晶體,一種是無色的Cs4PbBr6,另一種綠色的CsPbBr3@Cs4PbBr6晶體,里面內嵌了CsPbBr3,所以顏色不一樣,導致光學性質也大不一樣。
跨界應用!北理鐘海政發表Nature Photonics:鈣鈦礦的消色差波片特性
利用下圖a所示的裝置,作者測試了兩種晶體的偏振調制特性,激光波長分別使用常見的532 nm和633 nm,入射光垂直于兩個樣品的(024)面,用偏振器測定入射光和透射光的偏振度,并用光纖光譜儀記錄其相應的強度。
跨界應用!北理鐘海政發表Nature Photonics:鈣鈦礦的消色差波片特性
實驗結果:無色的Cs4PbBr6晶體幾乎沒有調制作用,而綠色的CsPbBr3@Cs4PbBr6晶體在可見光和近紅外 (532-800 nm) 區域可以將入射的線偏振光調制為左旋和右旋圓偏振光,且符合1/4波片規律。
跨界應用!北理鐘海政發表Nature Photonics:鈣鈦礦的消色差波片特性
具體測試細節及結果參見視頻4
最后,研究人員解釋了CsPbBr3@Cs4PbBr6綠色晶體的消色差偏振特性,他們采用雙折射理論來分析,發現內嵌的CsPbBr3納米晶對Cs4PbBr6的折射率有調制作用。
鈣鈦礦材料的能帶可調、易于制造,結合晶體內部的微觀結構調控,可突破傳統光學材料的限制,為發展人工晶體光學和集成化提供了新思路。

參考資料

1.?https://nanophotonics.bit.edu.cn/yjdw/ad97bed782ec4683b7f6cb8faa0649d3.htm

2. ?ACS Nano 2015, 9, 4, 4533–4542.
3. ?Nat. Photon. (2021). https://doi.org/10.1038/s41566-021-00865-0
4. ?https://mp.weixin.qq.com/s/C81h6N5ifNEMcW6Qg694SA

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