手性有机晶体自旋-光子耦合效应研究

发布时间：2021-11-14 22:19

　　近年来,有机电子学的发展有效地促进了多种有机功能器件的诞生,如有机发光二极管、有机太阳能电池、有机场效应管等,同时也激发了人们对有机材料中自旋这一内禀属性认识的欲望与动力。目前,有机材料所具有的强电子-晶格耦合以及较弱的自旋轨道相互作用和超精细相互作用为研究有机材料自旋相关的效应提出了更多的机遇与挑战。在众多有机自旋器件中,对自旋态的操控可以采用接触型的电调控方式,亦可采用非接触的磁场调控或者光场调控方式。由于光场调控自旋具有精准度高,低功耗的特点,因此,有机材料内光控自旋具有巨大的发展前景,有望应用于全光磁存储、3D成像等领域,方便人们的生活。与非手性材料相比,手性材料具有独特的光学性质,例如旋光性、圆二色性、圆偏振发光等。由于手性结构中对称性的破缺,可以有效增加电子自旋角动量与轨道角动量之间的耦合,这使得手性材料中可以存在光-自旋效应,例如磁手征二色性、手性诱导的自旋选择效应等。手性有机晶体一方面具有较强的电-声子耦合,另一方面具有手性增加的轨道角动量,将可能是研究手性材料中的光子与电子自旋之间耦合机制的合适载体。本文基于有机手性晶体,依据实验和理论模拟计算研究了有机体系中光子-自... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

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图１＿１自然界中的手性

山东大学硕士学位论文??型具有手性性质，这类手性分子被称为中心手性分子，其中心的碳原子被称为??手性中心或不对称中心。轴手性也是常见的一类手性分子构型，这类分子中没??有手性中心，而是存在一根手性轴，多个基团围绕轴不对称的排布，使得分子??具有手性。平面手性是指某些基团的存在破坏了分子对称面的对称性从而产生??了手性面，使分子具有不对称性。螺旋化合物是一类不具手性中心和手性轴的??特殊的手性化合物，其分子构型绕一轴成螺旋状而使分子具有手性。??中心手性基团绕手性中心不?Ｈ＼ｊ。??分子?对称占据??轴手性分基团绕手性轴不对?ＡＣ?ｉ－Ｈ，??＼＇＝Ｃ＝Ｃ??子?称占据?／?＼??平面手性基团绕手性平面不??分子?对称占据??螺旋手性分子形状像螺杆或??分子?盘旋扶梯?Ｓ??表１－１手性分子的分类??除分子层面的手性化合物材料，通过分子间弱相互作用力形成的超分子材??料也可以是手性的。手性超分子材料中，手性扭曲和螺旋是两种常见的纳米结??构。从几何结构上来看，扭曲型结构就像拧紧的丝带，通常在热力学上较为稳??定。螺旋型材料则呈丝带绕圆柱缠绕的形状，通常在热力学上较不稳定。有机??材料具有易加工的优点，以这两种常见的手性纳米结构为基本单元，可以衍生??出多种更复杂的结构，如ＤＮＡ双螺旋［１１、多螺旋Ｗ、超螺旋Ｗ、枝状扭曲Ｗ??等。??？?？?４扭曲型??ｎ?＜?＿??螺旋型??图１－２两种常见的手性高分子结构??２??

山东大学硕士学位论文??超分子材料对于组装单元的手性没有特定的要求，如果组装单元是手性的，??自组装会自发形成手性超分子材料；如果组装单元是非手性的，也可以通过自??组装过程中的对称性破缺形成手性结构。手性超分子材料的自组装过程中往往??伴随着手性的放大和传递，使得科学家们设计手性功能材料更加灵活，是当前??获得新的手性材料的常用手段。??＋?Ｉ??Ｃｈｉｒａｌ?＾??＋?＋Ｍ?｜??！?Ａｃｈｉｒａ?Ｃｈｉｒａｌ??＋?□＝＾＞１１??Ａｃｈｉｒａｌ?Ｔ?｜??图１－３超分子手性??在化学家手中，许多构型的分子可以通过引入手性因子来自组装生长各种??手性纳米结构。例如，具有两亲性质的分子往往可以形成层状结构，通过引入??手性元素，可以生长手性扭曲或手性纳米管结构［５］；?Ｃ３对称的分子［６］或盘状分子??［７］，往往自主装形成柱状结构，通过引入手性中心或手性轴可以生长扭曲型的纳??米柱。??除了直接引入手性元素到有机分子中，再通过自组装生长手性纳米结构，??还可以使用手性添加剂或手件诱导剂来辅助非手件分子手性自组装。伴随着手??性转移和手性放大等过程，手性信息传递至非手性部分，最终自组装形成手性??纳米结构。Ｂｅｒｔｈｉｅｒ等人首次报道了非手性两亲物薄膜可以在手性酒石酸抗衡离??子的作用下手性扭曲［８］。这种生长手性纳米结构的手段一方面避免了复杂的化??学合成过程，绕过了某些分子难以引入手性元素的问题；另一方面，通过控制??手性剂和非手性分子的比例，可以调节手性纳米结构的尺寸、手性强弱等性质。??纯的非手性分子也能形成手性纳米结构，这种情况往往在具有高度各向异??性的分子中出现。在这类分子中，有序的堆积


本文编号：3495455