9月7日，《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）在线发表了强磁场物理研究所韩一波教授课题组题为“手性钙钛矿单晶中自陷激子增强光学二次谐波圆二色性”（Second-Harmonic-Generation Circular-Dichroism in Chiral Perovskite Single Crystals Enhanced by Self-Trapped Excitonic State）的研究论文。强磁场物理研究所2022级硕士生余锦晖、2023级博士生李敏为共同第一作者，韩一波教授、中国科学院福建物质结构研究所刘希涛研究员为共同通讯作者，强磁场物理研究所硕士生廖博文、谭光荣以及邹金雨老师参与了相关理论和实验工作，强磁场物理研究所李亮教授对本工作相关强磁场实验进行了指导。

手性有机-无机杂化钙钛矿（OIHPs）具有固有手性及一系列独特性质，例如圆二色性、圆偏振发光、手性诱导自旋选择性以及自旋轨道耦合。这些特性使手性OIHPs在圆偏振光探测器、太阳能电池、自旋发光二极管、圆偏振光源、铁电材料及非线性光学等多元领域展现出广阔应用前景。鉴于手性OIHPs兼具圆二色性和非线性光学特性，其可在线性与非线性光学过程中均展现光学活性，包括二次谐波生成中的圆二色性（SHG-CD）。对于该纳米材料及薄膜体系，二次谐波效应主要源于界面对称性破缺。然而在大块单晶中，多手性域与长程晶体有序结构将抑制二次谐波强度及gSHG-CD值。鉴于gSHG-CD的理论上限为2，设计合成gSHG-CD值逼近理论极限的手性OIHP仍面临巨大挑战。

图1 （a）(R/S-BrsBA)₂PbBr₄手性晶体结构图，（b）波长依赖的SHG以及光致发光强度，（c）入射光偏振依赖的SHG强度关系。

该课题组研究了具有光学手性结构的(R/S-BrsBA)₂PbBr₄（BrsBA为4-溴-2-丁基铵）单晶（图1a）。利用自主搭建的偏振调控SHG测量系统，发现这种类型单晶因为其结构手性引发的波长依赖的高偏振SHG信号（图1b）；在圆偏振入射光下，该晶体的SHG强度展现出随入射光圆偏振度的高灵敏响应，且gSHG-CD值在带边以下展现出异常的增强现象，最高达0.64（图1c）。

图2 （a）强磁场对不同类型激子发光的调制，（b）自陷激子态增强SHG圆偏振响应相关原理图。

通过温度（5-300K）和磁场（0-44T）依赖的光致发光光谱研究，揭示了此波段自陷激子的存在，且其激子发光的光子能量与gSHG-CD值极大值对应的光子能量位置存在共振增强关系。值得注意的是，低温下的带边激子发光随磁场强度增加而增强，显示出自旋单态的暗激子特征，而共振波长处的自陷激子发光强度几乎不随磁场变化，展现出自旋三重态的亮激子特征（图2a）。因此，这些研究结果说明自旋三重态激子有利于增强SHG-CD效应（图2b）。该发现本项研究工作得到了国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目资助。

本项研究工作得到了国家自然科学基金（11974126、11104097、52473283、U21A2069）和国家重点研发计划（2022YFA1602702）等项目资助。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202508904