近日，南方科技大学机械与能源工程系副教授陈熹翰团队与香港科技大学吕海鹏团队合作，在手性钙钛矿自旋调控研究方面取得进展。相关成果以“Perovskite chiral multiple quantum wells with extended spin lifetime via efficient spin cascade”为题，发表于国际光学领域顶刊《Nature Photonics》。研究团队提出自旋级联策略，通过构筑取向排列的手性钙钛矿多量子阱，将室温下的自旋相干寿命延长至约5纳秒，并展示了其在圆偏振光探测和光响应材料加工等方面的应用潜力。

手性钙钛矿多量子阱结构中，不同量子阱相的手性和能级变化共同影响自旋传递。针对手性有机间隔离子与其他钙钛矿前驱体溶解度不同的问题，研究团队开发了两步晶种辅助法。团队以FA₂PbBr₄为种子层，引入手性R/S-NEA⁺有机间隔离子，通过自上而下的手性渗透，构筑了包含手性二维（n = 1）、手性准二维（n = 2、3、4……）和手性三维（n = ∞）相的手性多量子阱结构（C-MQWs）。该方法使各量子阱相均具有本征手性，并实现了不同量子阱相之间的连续手性耦合。由此，材料的平均圆二色不对称因子（g_cd）达到1.5×10^–2，显著高于传统手性单量子阱。

图1. 钙钛矿手性单量子阱和手性多量子阱

图2. 钙钛矿手性多量子阱构筑

图3. 钙钛矿手性多量阱结构耦合

与传统手性单量子阱向非手性半导体注入自旋的方式不同，连续手性多量子阱提供了一系列中间自旋极化态，使自旋激子能够沿梯度能级逐级传递，从而减少界面处的自旋损失。同时，多量子阱中的连续手性环境也有助于延缓材料体相中的自旋翻转。自旋分辨圆偏振飞秒瞬态吸收光谱显示，多量子阱中的自旋极化信号可持续约5纳秒，而传统单量子阱中的相应信号约在16皮秒内消失。得益于自旋极化寿命的延长，该体系实现了绝对值最高达1.4×10^–2的圆偏振发光不对称因子（g_lum）。此外，研究团队还实现了X射线激发下的圆偏振辐射发光，并将其用于X射线诱导的不对称光聚合。

图4. 室温长寿命自旋极化、高效圆偏振发光和X射线诱导的不对称光聚合

该手性钙钛矿多量子阱还表现出显著的手性诱导自旋选择性（CISS）效应，自旋选择性电荷输运的极化度（P_CISS）超过80%。基于该材料构筑的圆偏振光电探测器，其瞬态光电流不对称因子（g_ph）最高达到1.07。

图5. 手性诱导自旋选择性和圆偏振光电探测器

该研究揭示了手性多量子阱结构、自旋级联过程与长寿命自旋极化之间的联系，为手性自旋光电子器件的设计提供了新的思路。

香港科技大学研究助理教授邱健和南方科技大学博士后黄玉玲为论文共同第一作者，香港科技大学吕海鹏教授和南方科技大学陈熹翰教授为论文共同通讯作者。南科大为论文共同通讯单位。该研究获得香港研究资助局普通研究基金、协作研究基金、国家自然科学基金委员会-香港研究资助局联合研究计划、广东省基础与应用基础研究重大项目、国家自然科学基金及香港科技大学启动经费等支持。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41566-026-02027-6