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大连化物所观测到胶体量子点的激子型布洛赫-西格特位移

2022-09-30 大连化学物理研究所
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  近日,中国科学院大连化学物理研究所光电材料动力学研究组研究员吴凯丰与副研究朱井义团队,在胶体量子点超快光物理研究中再获新进展。该研究观测到CsPbI3量子点在红外飞秒脉冲作用下的布洛赫-西格特位移,并揭示了激子效应对相干光学位移的调制作用。

  强光场能够对物质的光学跃迁产生调制,例如旋波近似下的光学斯塔克效应和反旋波近似下的布洛赫-西格特位移。由于二者通常同时出现,且前者往往远强于后者,在实验中观测较为纯净的布洛赫-西格特位移颇具挑战。有研究报道了单层过渡金属硫化物二维材料中的谷极化布洛赫-西格特位移。而低维材料中一般存在较强的多体相互作用,带来显著的激子效应,这些效应如何影响布洛赫-西格特位移仍然未知。

  科研团队选定铅卤钙钛矿量子点作为观测布洛赫-西格特位移,并研究其中激子效应的模型体系。一方面,旋轨耦合和量子限域效应的结合使得该体系可被近似为具有自旋极化选律的二能级系统;另一方面,相比于衬底敏感的二维材料,胶体量子点能够均匀地分散在低折射率的溶剂中,从而避免介电无序对激子效应造成的干扰。

  基于此,科研人员以CsPbI3量子点为研究对象,利用圆偏振飞秒瞬态吸收光谱,在室温下观测到其布洛赫-西格特位移。在红外飞秒脉冲作用下,该位移可以高达4毫电子伏特。布洛赫-西格特位移与光学斯塔克位移的比值随着失谐量的增大而增大,定性符合(反)旋波近似的图像。然而,该比值总是大于忽略多体相互作用的准粒子模型所预测的数值。

  为了解释实验和理论值的偏离,研究在激子图像下建立了描述布洛赫-西格特位移的新模型,精确再现了实验测量结果。该模型提出,光学斯塔克效应、双激子光学斯塔克效应以及布洛赫-西格特位移在激子图像下是彼此混合和相互影响的。考虑到量子限域材料普遍具有较强的激子效应,该模型对于正确处理其中的相干光学现象,以及将这些现象应用于光学调制、信息处理和量子材料Floquet工程具有重要启示意义。

  相关研究成果以Excitonic Bloch–Siegert shift in CsPbI3 perovskite quantum dots为题,发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。研究工作得到中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划、国家重点研发计划、国家自然科学基金、大连化物所创新基金等的支持。

  论文链接 

大连化物所观测到胶体量子点的激子型布洛赫-西格特位移

打印 责任编辑:侯茜

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