作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 通过MDCS研究了钙钛矿型纳米复合材料
(一)钙钛矿纳米晶体吸收光谱随温度的变化
(b)非简并亮三重态{ψI = x，y，z}的能级图，包括往返|ψg⟩的带边跃迁
黑暗的单线态|ψd⟩位于|ψy⟩和|ψz⟩之间
(三)MDCS实验示意图
三个脉冲以不同的时间延迟聚焦在样品上
插图显示了代表性氯化PbI3纳米碳管的透射电子显微照片
(四)用于获取单量子和零量子光谱的激发脉冲序列和激发极化方案，其中圆圈中的双面箭头表示每个脉冲的极化
脉冲A和C是水平极化的，脉冲B是水平或垂直极化的，分别对应于水平或垂直极化的发射信号
a
u
，任意单位
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abb3594 先进的光电子学需要具有新设计特性的材料
例子包括一类称为金属卤化物钙钛矿的材料，其对于形成具有光伏效率的钙钛矿太阳能电池具有巨大的意义
最近的进展也将钙钛矿纳米晶体应用于发光器件
铯铅卤化物钙钛矿的异常有效的光发射可能是由于独特的激子精细结构，该结构由三个明亮的三重态组成，这三个三重态与最近的暗单重态相互作用最小
激子是对纳米结构半导体的发射特性负责的电子激发，其中最低能量的激子态预期寿命较长，因此发射较差(或“暗”)
在《科学进展》杂志上发表的一份新报告中，美国密歇根大学的阿尔伯特·刘和一组物理和化学科学家
S
和巴西坎皮纳斯州立大学在低温(超低温)下使用多维相干光谱学来研究精细结构，而不用分离立方体形状的单个纳米晶体
这项工作揭示了涉及碘化铯铅纳米晶体系综的三重态的相干性(相对于空间和时间的波性质)
基于对三重态和三重态间相干性的测量，研究小组获得了一个独特的激子精细结构能级排序，它由一个暗态组成，能量位于明亮的三重态流形中
构建铯卤化铅纳米晶体的整体 在这项工作中，刘等人
提取信息处理的关键数据，构建低温下碘化铯铅纳米晶体(CsPbI3)的整体
一个多世纪前，第一批合成的铯-铅卤化物钙钛矿被开发出来，其化学通式为铯PbX3(其中X=氯-氯、溴-溴或碘-碘)，最近的生产形成了铯PbX3纳米晶体，它结合了钙钛矿和胶体纳米晶体材料的优点
与具有梯度壳层的硫族化物纳米晶体相比，钙钛矿纳米晶体显示出量子产率几乎达到1的发光
单量子光谱中的光学三重相干性
(甲和乙)星等一量子光谱在4
6 K，具有(A)共线和(B)交叉线性激励
白色/红色虚线箭头和黑色实线分别表示交叉切片位置和激光脉冲光谱
(c)和(d)底部图显示了(c)共线和(d)交叉线性激发单量子光谱中以|ħωτ| = |ħωt| = 1900 meV为中心的归一化交叉切片
顶部图显示了数控参考坐标系中理论计算的相对峰值强度(参见补充材料)
数字标记了由电子带间相干性和群体产生的峰值
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abb3594 钙钛矿纳米晶体不同寻常的亮度源于光学活性的非简并三重态，尽管存在暗的单重态，但该三重态仍能有效发射
钙钛矿纳米晶体独特的激子精细结构提高了胶体纳米晶体在量子信息处理应用中的潜力
然而，研究人员需要钙钛矿纳米晶体中相干动力学的深入知识来设计作为信息载体的激子叠加态，这还没有被很好地理解
刘等
因此使用多维相干光谱学来测量三重态激子，并提出了亮-暗混合能级排序的证据，这使得三重态激子只是部分亮
该团队随后通过自下而上的工程方法，将钙钛矿纳米晶体用作量子应用的潜在材料平台
三重态量子路径和费曼图 为了进行多维相干光谱学，该团队使用了多维光学非线性光谱仪，该光谱仪将三个激光脉冲聚焦到钙钛矿纳米晶体系综上，作为三个不同时间延迟(τ、T和T)的函数
在实验过程中，科学家将发射的四波混频信号傅立叶变换为多维光谱中两个或全部三个时间延迟的函数
他们通常将光-物质相互作用的结果序列称为量子路径
该团队使用双面费曼图从概念上描述了量子路径
这些图包含垂直排列的密度矩阵元素序列，从初始基态粒子数开始，随着时间的推移，密度矩阵中的变化通过与每个激发脉冲的相互作用而引入
他们注意到三种类型的量子路径被定义为“激发态发射”(ESE)、“基态漂白”(GSB)和“激发态吸收”(ESA)，在这项工作中只考虑了ESE和GSB路径
量子路径的双面费曼图
代表钙钛矿纳米晶体中可及量子路径的双面费曼图
九个ESE图和GSB图都是可能的，它们分别涉及中间激发态粒子数/相干和基态粒子数
单量子光谱中每个图的峰值位置如上所示
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abb3594 傅立叶变换研究已经揭示了各种钙钛矿材料的新的电子性质
为了实验性地探测不同的量子路径，研究小组选择了装置中第二个激光脉冲的偏振，使其与另外两个脉冲的共线偏振平行或正交
他们在4℃的温度下获得了单量子光谱
6 K，共线和跨线激励
光谱显示出许多沿对角线方向延伸的峰，以反映不均匀的光谱加宽
为了解释这两种激发极化方案的峰值结构，刘等
从理论上计算了不同偶极矩阵元的相对峰值强度和每个三重态跃迁的矢量方向，并从计算中得出重要结论
与集成的四波混频技术相比，单量子谱在这项工作中特别有用
峰值强度计算
(一)如上所述的激发极化序列
(二)偶极矩矢量方向示意图，其中 零量子光谱中的太赫兹三重态间相干性 刘等
接下来展示了许多量子途径来产生与三重态间相干性相关的边带
e
不一定是偶极耦合的三重态之间的量子相干性
三重态间的相干时间定义了在实验装置中相关的超位置能被相干操纵的时间尺度，这具有实际意义
为了直接测量和表征这些相干性，研究小组使用了不同时间延迟和温度(τ = 0和20 K)下的零量子光谱
对于交叉线性激发，研究人员通过将测量的四波混合信号通过垂直偏振器来绘制20 K下的最终交叉线性零量子光谱，从而隔离了三重态间的相干路径
三重态间的相干性对热退相(高达40 K)是鲁棒的，并且该工作还显示了四波混频信号的电子性质
零量子光谱中的太赫兹三重态间相干性
(一)在τ = 0 fs和20 K时获得的零量子谱
观察到由于三元组间相干性的两个边带
(b)在ħωτ = 1890 meV时沿(a)中红色虚线截取的标准化切片的演变，作为延迟τ(在20 K时)和温度[10，15，20，25，30，40] K(在τ = 0 fs时)的函数
(3)在τ = 0 fs处进行的归一化横截面拟合，其中峰6和8的复洛伦兹曲线相对于峰7相移π/2
阴影曲线代表拟合直线形状中每个洛伦兹曲线的实方，顶部图是拟合的复杂直线形状的相位
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abb3594 通过这种方法，刘和他的同事测量并表征了钙钛矿晶格中的光频率三重态相干性和三重态间相干性
该结果与之前报道的其他卤化铅纳米晶体的结果有显著不同
似乎钙钛矿晶格的单个组成原子的微小变化就能彻底改变决定精细结构级有序的相互作用，这值得进一步研究
该团队从实验和理论上证明了激子带边缘的发射被中间暗态部分猝灭，从而对各种钙钛矿纳米晶体中的激子基态有了重要的认识，并在量子信息处理中有潜在的应用
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