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我国科学家报道新型手性无机纳米材料的设计合成
2020年03月14日    作者: 付雪峰 康强 陈拥军    发布 : 化学科学部

手性材料在推动生物标记、手性分析和检测、对映异构体选择性分离、偏振相关光子学和光电子学应用等领域的发展具有重要意义。传统手性纳米材料主要是通过引入手性配体或构造螺旋结构等利用电偶极矩调控的方式构筑,然而这类手性材料在环境稳定性和导电性方面的不足限制其实际应用。探索新的调控机制并构筑新型手性纳米功能材料是突破这一科学瓶颈的新途径。

近期,中国科学技术大学俞书宏教授研究团队与国家纳米科学中心唐智勇研究员、多伦多大学Edward Sargent教授合作,利用局域磁场调控电偶极矩与磁偶极矩之间的相互作用,成功合成了一类新型手性无机纳米材料。研究成果以“Regioselective magnetization in semiconducting nanorods”(半导体纳米棒的区域选择性磁化)为题发表在《自然·纳米技术》杂志上。

论文链接:https://www.nature.com/articles/s41565-019-0606-8

研究人员发现在一维纳米结构单元中定点选择性复合磁性材料,在特定位置引入局域磁场后可以构建磁光手性纳米异质结构。他们通过次序引入中间缓冲层改变材料间的界面能差异,实现了磁性材料在不同半导体特定位置的选择性生长。以常见的一维硫属化合物半导体纳米棒为例,通过在纳米棒的顶点处集成Ag2S/Au核壳结构组分,催化Fe3O4磁性纳米颗粒的定点生长,成功构筑了ZnxCd1-xS-Ag2S/Au@Fe3O4(x= 1, 0.9, 0.5, 0.3, 1)四元异质纳米棒。异质纳米棒的电偶极矩发生偏转并与磁偶极矩产生非零相互作用,从而在不引入手性配体、螺旋结构或手性晶格的前提下,展现出了手性光学活性(图1)。

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图1:局域磁场在胶体异质纳米棒中的光学活性体现。(a)电偶极矩与磁偶极矩的相互作用与材料的手性关系。(b)异质纳米棒的磁滞回线。(c-d)圆二色性测试结果。(e-f)磁圆二色性测试结果。

该方法可应用于制备多种半导体材料与磁性组分耦合的材料,使在室温下各向异性铁磁性及自旋操控成为可能,有望为自旋电子学和量子计算技术提供新的材料平台。

上述研究得到国家自然科学基金委创新研究群体、国家自然科学基金重点项目的资助(项目批准号:21521001, 21431006, 51732011)。

 

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