要設計出高效的圓偏振光源，急需制備出同時具有高光致發光量子產率（PLQY）和大發光不對稱因子（g_lum）的手性無鉛金屬鹵化物。

然而，由于手性材料中的電偶極矩（μ）和磁偶極矩（m）不匹配，PLQY和g_lum之間存在權衡。

2025年2月10日，中國科學院福建物質結構研究所徐亮金、南開大學龍官奎在國際知名期刊Nature Communications發表題為《Stepwise amplification of circularly polarized luminescence in indium-based metal halides by regulating their structural dimension》的研究論文，Cui-Mi Shi為論文第一作者，徐亮金、龍官奎為論文共同通訊作者。

徐亮金，中國科學院福建物質結構研究所研究員。2010年本科畢業于華中師范大學，2015年獲中科院福建物質結構研究所博士學位（導師為陳忠寧研究員），畢業后留所擔任助理研究員，2017-2020年先后在沙特阿普杜拉國王科技大學、美國佛羅里達州里大學從事博士后研究，2020年晉升為研究員。

徐亮金的研究方向為金屬簇合物，鈣鈦礦，有機-無機雜化材料的合成與光電性能研究。

龍官奎，南開大學研究員，國家級青年人才。2009年本科畢業于蘭州大學，保送至南開大學化學學院攻讀博士學位（師從陳永勝教授）。隨后在天津化學化工協同創新中心（關乃佳/陳永勝教授）、多倫多大學（Edward H. Sargent教授）和南洋理工大學（高煒博/Cesare Soci教授）從事博士后工作，2020年加入南開大學獨立開展科研工作。

龍官奎的研究方向為手性鈣鈦礦材料的開發及應用研究，鈣鈦礦手性超結構，有機太陽能電池。近年來以第一作者及通訊作者身份發表論文40余篇，包括Nat. Photon.、Nat. Rev. Mater.、?Nat. Commun.、?Angew. Chem. Int. Ed.、?J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Energy Mater.、和Laser Photon. Rev.等國際知名期刊。

在本文中，作者解決了這一矛盾，并通過結構尺寸調控開發了高效的圓偏振發光（CPL）發射器。

通過調節手性有機陽離子的尺寸和極化，并采用級聯陽離子插入策略，研究人員構建了0維（0D）、1維（1D）和3維（3D）基于銦（In）的手性金屬鹵化物。這些雜化材料表現出具有接近單位PLQY的自陷激子發射，而隨著結構維度從0D增加到3D，|g_lum|指數級地從10^-3增加到近10^-1，最高|g_lum|達到0.89×10^-1。

結構分析和理論計算表明，結構維度的增加促進了螺旋結構的形成并增大了磁轉變偶極矩，從而改善了CPL性能。

本研究為灰度與結構維度之間的關系提供了寶貴的見解，將促進高效CPL活性材料的實際應用。

圖1：CPL性能優化策略

圖2：R/S-0DIn的結構分析和光物理性質

圖3：R/S-0D的結構分析和光物理性質

圖4：R/S-1D和R/S-3D的結構分析和光物理性質

圖5：增強CPL性能的機制分析

綜上，作者通過調節手性有機陽離子的大小和極化特性，并采用級聯陽離子插入策略，構建了0維（0D）、1維（1D）和3維（3D）的基于In的手性金屬鹵化物，實現了高效圓偏振發光（CPL）性能的調控。

研究發現，隨著結構維度從0D增加到3D，這些金屬鹵化物的光致發光量子產率（PLQY）接近100%，而發光不對稱因子（g_lum）呈指數增長，最高達到0.89×10^-1，其綜合性能指標（FOM）達到0.79×10^-1，均為目前已報道的最高值。

本成果不僅解決了高PLQY與大g_lum之間的矛盾，還闡明了結構維度與CPL性能之間的關系，為設計高效CPL材料提供了新的理論依據。

該研究開發的高效CPL材料在3D顯示、量子計算、自旋電子器件和信息存儲等領域具有廣闊的應用前景，有望推動相關技術的發展和產業化應用。

Shi, CM., Lu, H., Wang, JY.?et al.?Stepwise amplification of circularly polarized luminescence in indium-based metal halides by regulating their structural dimension.?Nat. Commun., (2025).