近日,我校化学学院王前明课题组2023级硕士生王维昊以第一作者身份在国际化学领域知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表论文,揭示出姜-泰勒效应主导的偶对称磁圆偏振发光新机制。我校为论文第一完成单位和通讯作者单位,华中科技大学国家脉冲强磁场中心的韩一波教授为该论文的共同通讯作者,我校化学学院郑玉惠高级实验师在p区金属的动态姜-泰勒效应诱导的圆偏振信号机制方面作出了重要贡献。该项研究受到了广东省重点领域研发计划的支持。

从弱相互作用的宇称破缺,到地球生命对左旋氨基酸的共同选择,“左手倾向” 始终是自然规律里隐秘而共通的暗线。研究团队在规整的无机金属卤化物晶格中,捕捉到了这份来自微观世界的手性偏好。实验在完全不含手性源的高对称零维金属卤化物单晶中,借助激发态姜-泰勒效应的自发对称性破缺,实现了左旋主导的圆偏振发光,为手性发光材料的设计提供了一条全新的内源性路径。

过往手性发光材料的构筑,大多依赖外源手性模板的引入:手性阳离子、螺旋配体、不对称超分子组装,如同在晶体生长阶段预先刻下手性的印记。这类策略往往伴随手性长程传递效率有限、结构稳定性易受扰动等问题。本研究跳出了 “基态必须自带手性” 的固有思路。基态下,掺杂锑离子的 [SbCl6] 八面体维持着理想的 Oh点群对称性,结构规整,无手性特征。而当光子激发外层 5s2 电子后,轨道简并的失稳会触发姜-泰勒效应,八面体发生自发结构畸变,键长与键角重新排布,原本完美的对称性在激发瞬态悄然瓦解,手性从电子与晶格的振动耦合中自然生成。零场环境下,两种对映异构的畸变构型能量对等,在热运动中快速翻转,宏观上手性相互抵消,难以观测到稳定信号。而引入外磁场后,磁场与自旋-轨道耦合协同作用,降低了左手构型的势能,抬升了构型翻转的能垒,将动态的姜-泰勒效应“冻结”为稳定的静态畸变。最终,左旋圆偏振光成为发射的主导组分,且这份左手倾向,不会随磁场方向的反转而改变。作为平行对照的稀土掺杂体系,则严格遵循经典塞曼效应的规律:磁场方向反转,左右旋的优势地位便随之对调。两种截然不同的磁光响应,清晰区分了两套微观机制,前者源于激发态晶格畸变的内禀手性,后者来自能级分裂的对称效应。
这一发现拓展了手性发光材料的设计边界,手性不必只来源于稳定的静态模板,它也可以是激发态下由电子-晶格相互作用催生、并可被外场调控的动态秩序。无需引入手性源,仅依靠材料的内禀物理效应即可实现稳定的手性光学活性,该机制可推广至多种 d 区及p 区金属激活的金属卤化物体系,为低成本、高稳定性的手性光电器件开发提供了新的方向。
论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.1245058