【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种使用光学方法对有机-无机半导体纳米晶杂化体系中纳米晶单电荷自旋操纵的方法。
技术介绍
1、固体系统自旋的相干控制为量子信息科学(qis)带来了巨大的希望。与体相半导体材料相比，限域系统例如外延生长量子点(qds)，被认为更适合于qis，因为它可以操作单个自旋。其他限域系统包括的固体中的缺陷中心或掺杂原子，他们的自旋可以被射频电或磁刺激操控，但这种操作的时间尺度是纳秒级别的。最近，飞秒或皮秒光脉冲的出现使超快自旋操纵在异常高的速度成为可能。
2、尽管各种操作方法都取得了成功，但从实际应用的角度来看，目前的自旋宿主材料仍存在许多不足。外延量子点是用昂贵、高温和高真空的设备制作的。此外，另一个问题是能级间散射和声子浴耦合对自旋相干有很强的抑制作用。因此，这些量子点的自旋操纵通常在几开尔文的低温下完成。相比之下，固体中的缺陷或掺杂自旋是高度孤立的，可以在室温下操纵。但是，这些“点缺陷”的大规模生产依旧困难。为了可持续地实现基于自旋的qis，需要开发低成本的材料，其自旋可以在室温条件下进行相干操作。
3、量子点的胶体对应物(也称为纳米晶体)可以在溶液中以低成本大量合成，但在尺寸和形状控制方面具有很高的精度，而且在自组装或器件集成方面特别多样化。我们将重点放在最近开发的卤化铅钙钛矿(lhp)胶体qds,基于它们的自旋-轨道耦合和电子结构，已经证明，可以通过光学手段进行高效的自旋注入。
4、在这里，我们结合lhp量子点和飞秒激光脉冲的界面电荷转移化学来初始化、操作和读出室温下的空穴自旋。我
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，提供一种室温下，运用一束圆偏振脉冲激光，借助光学斯塔克效应，对无机纳米晶半导体单电荷的自旋方向实现调控的方法。
2、所述的半导体纳米晶，可以是钙钛矿纳米晶，全无机钙钛矿纳米晶(cspbx3,x＝cl,br,i)，也可为有机-无机杂化钙钛矿纳米晶(mapbx3和fapbx3，ma＝ch3nh3，fa＝ch(nh2)2，x＝cl,br,i)。
3、所述的有机分子为能与钙钛矿发生超快电荷转移的电子或空穴受体。
4、所述的半导体-有机分子体系采用本领域公知的方法制备得到。优选半导体纳米晶为具有立方体形貌的，边长为3-10nm的cspbbr3钙钛矿纳米晶(以下简称qd)；优选的有机分子为蒽醌-2-羧酸有机分子(以下简称aq)；优选的制备方法为超声自组装，该方案制备简单，并在今后有望实现加工成本低廉的电子自旋器件。
5、所采用的脉冲激光是目前绝大多数商用飞秒激光器可以产生的。
6、所使用的横向外磁场(即在右手笛卡尔坐标系下，设激光的传播方向为x轴正方向，则所述的磁场方向为y轴正方向)是由目前绝大多数商用的电磁铁可以产生的。
7、为了验证上述光学方法对有机-无机半导体纳米晶杂化体系中纳米晶单电荷自旋操纵的可行性，本专利技术采用的验证技术方案为：
8、利用稳态吸收和荧光光谱，确定qd和qd-aq体系的基本光吸收、发射特性。
9、基于上述钙钛矿纳米晶-有机分子体系前后稳态吸收光谱，在横向外磁场下进行圆偏振瞬态吸收光谱的测试，对激发-探测不同方向圆偏振组合态下所得带边动力学差值拟合出空穴自旋动力学。
10、基于上述测得空穴动力学，在圆偏振瞬态吸收光谱测试中，额外添加一束带隙下的圆偏振脉冲光，实现自旋方向沿着该激光的传播方向为旋转轴旋转，其可以表现在空穴的动力学上。
11、该半导体纳米晶主要作为吸光材料产生激子，有机分子作为电子受体，在外磁场下，利用圆偏振瞬态吸收光谱(ta)技术进行测试。本专利技术利用圆偏振光激发半导体纳米晶，产生自旋极化的激子，并且在空穴自旋没有完全翻转之前，用电子受体快速的将电子转移走，实现激子解离，产生长寿命的电荷分离态，通过运用一束低于半导体纳米晶带隙的圆偏振脉冲激光，借助光学斯塔克效应，对半导体纳米晶单电荷的自旋方向实现调控，使得无机半导体纳米晶的单电子自旋方向沿着该低于带隙的圆偏振激光的传播方向发生旋转。
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1.一种对纳米晶单电荷自旋操纵的方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：半导体纳米晶作为光吸收体,其第一激子吸收峰吸光度在1mm比色皿中应该控制在0.3-0.8OD。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的有机分子其还原电势要低于半导体纳米晶的还原电势，并且氧化电势要低于半导体纳米晶的氧化电势；
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的激光，其光子能量是低于半导体纳米晶带隙的，即激光光子能量应低于半导体纳米晶的荧光光子能量，能量差在50-500meV为宜；激光是左旋圆偏振或者右旋圆偏振的，圆偏振度＞90％为宜；激光是脉冲激光，脉冲在时域上的半高全宽在50fs-2ps为宜，单脉冲的能量在0.1μJ-100μJ为宜。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：有机-无机半导体纳米晶杂化体系的无机半导体纳米晶具有大的跃迁偶极矩以及较长的单载流子自旋寿命，其跃迁偶极矩为20-200Debye为宜，单载流子(电子或空穴)的自旋寿命大于30ps。
6.根据权利要求1、3或5所述的方法，其特征在
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的非极性有机溶剂为正己烷、正辛烷、甲苯等中的一种或二种以上。
8.根据权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于：在右手笛卡尔坐标系下，设激光的传播方向为X轴正方向，则所述的磁场方向为Y轴正方向，自旋方向为X-Z平面内的任意方向，在进行自旋调控操作时，自旋以X轴(即光传播方向)为旋转轴旋转；所施加的磁场强度在0.1-2T为宜。
...【技术特征摘要】
1.一种对纳米晶单电荷自旋操纵的方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：半导体纳米晶作为光吸收体,其第一激子吸收峰吸光度在1mm比色皿中应该控制在0.3-0.8od。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的有机分子其还原电势要低于半导体纳米晶的还原电势，并且氧化电势要低于半导体纳米晶的氧化电势；
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的激光，其光子能量是低于半导体纳米晶带隙的，即激光光子能量应低于半导体纳米晶的荧光光子能量，能量差在50-500mev为宜；激光是左旋圆偏振或者右旋圆偏振的，圆偏振度＞90％为宜；激光是脉冲激光，脉冲在时域上的半高全宽在50fs-2ps为宜，单脉冲的能量在0.1μj-100μj为宜。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯丰，蔺煦阳，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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