Direct Observation of Circularly Polarized Nonlinear Optical Activities in Chiral Hybrid Lead Halides

圆极化 化学 激发 极化(电化学) 二次谐波产生 光电子学 激子 光子 光子学 分子物理学 光学 物理 凝聚态物理 激光器 物理化学 微带线 量子力学
作者
Sunhao Liu,Xiaoming Wang,Yixuan Dou,Qian Wang,Ji-Yoon Kim,Carla Slebodnick,Yanfa Yan,Lina Quan
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (17): 11835-11844 被引量:23
标识
DOI:10.1021/jacs.4c00619
摘要

Circularly polarized light emission is a crucial application in imaging, sensing, and photonics. However, utilizing low-energy photons to excite materials, as opposed to high-energy light excitation, can facilitate deep-tissue imaging and sensing applications. The challenge lies in finding materials capable of directly generating circularly polarized nonlinear optical effects. In this study, we introduce a chiral hybrid lead halide (CHLH) material system, R/S-DPEDPb3Br8·H2O (DPED = 1,2-diphenylethylenediammonium), which can directly produce circularly polarized second harmonic generation (CP-SHG) through linearly polarized infrared light excitation, exhibiting a polarization efficiency as high as 37% at room temperature. To understand the spin relaxation mechanisms behind the high polarization efficiency, we utilized two models, so-called D'yakonov–Perel' (DP) and Bir–Aronov–Pikus (BAP) mechanisms. The unique zigzag inorganic frameworks within the hybrid structure are believed to reduce the dielectric confinement and exciton binding energy, thus enhancing spin polarization, especially in regions with a high excitation pump fluence based on the DP mechanism. In the case of low excitation pump fluence, the BAP mechanism dominates, as evidenced by the observed decrease in the polarization ratio from CP-SHG measurement. Using density functional theory analysis, we elucidate how the distinctive 8-coordination environment of lead bromide building blocks effectively suppresses spin–orbit coupling at the conduction band minimum. This suppression significantly diminishes spin-splitting, thereby slowing the spin relaxation rate.
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