实验室叶柿教授团队：一维锰卤化物 自旋反铁磁有序排列抑制能量迁移实现高效发光

过渡金属离子电子自旋间的相互作用可以影响这类材料的发光性质，是一种新调控策略，在照明显示用发光材料、自旋-光子学具有潜在应用。早期在Mn2+掺杂的半导体材料中证实光可以诱导材料激子自发磁化，进而调控半导体中激子和Mn2+的光致发光行为。近年研究表明Mn2+-Mn2+自旋交换作用可以有效缩短Mn2+的发光寿命，可缓解Mn2+掺杂发光材料在高通量密度光子激发下的发光饱和现象。同时，Mn2+-Mn2+自旋交换作用要求较高Mn2+掺杂浓度和较短的Mn2+离子间距，这使得激发光能量易于迁移至猝灭中心导致Mn2+发光猝灭，严重阻碍了这类材料的应用。

近日，华南理工大学发光材料与器件全国重点实验室的叶柿教授课题组和华中科技大学国家脉冲强磁场科学中心韩一波教授以及桂林理工大学尹从岭研究员合作，利用变温光致发光和磁光光谱阐明了含一维MnCl6链的金属卤化物杂化材料(CH3)4NMnCl3(TMMC)中自旋有序排列对激发光能量迁移的影响。该研究以具有孤立[Mn3Cl12]6-三聚体的(CH6N3)2MnCl4(GUA)和掺Cd²⁺的TMMC为参照组，揭示Mn2+自旋反铁磁有序排列对Mn2+离子间能量迁移具有明显的抑制作用，可以减少Mn2+的无辐射跃迁损耗，提高材料发光效率。

TMMC、TMMC:0.2Cd2+和GUA的变温磁化率及荧光光谱

实验表明TMMC在约55K发生反铁磁自旋有序转变。强自旋交换作用所产生的内磁场使TMMC在低于55 K下发生自发磁化，此过程在Mn2+发光行为中表现为发光峰位在自发磁化温区内不发生红移，即发生磁饱和。磁光光谱显示这种有序的自旋排列显著地影响Mn2+发射能级及其辐射跃迁速率。结果表明自旋长程有序有效地抑制了Mn2+离子之间的能量迁移，降低非辐射跃迁损失，使TMMC表现出良好的发光热稳定性，即使在室温下仍保持高达94%的量子产率。

TMMC的磁场响应发光行为

在TMMC中Mn2+自旋沿一维链反平行排列有效抑制了Mn2+间的能量迁移和多声子弛豫，从而减少了非辐射跃迁损失，提高Mn2+的光致发光效率。本研究为开发用于光电器件和自旋-光子学领域的高性能Mn2+发光材料提供一种新策略，并为操控这些材料中的自旋与能量迁移提供一些参考。

相关研究成果以“Suppressingenergy migration via antiparallel spin alignment in one-dimensional Mn2+halide magnets with high luminescence efficiency”为题发表在Angewandte ChemieInternational Edition上，其中通讯作者为叶柿教授，第一作者为朱兴路博士生。该研究工作得到了NSFC (Grant No. 52272150, 51772104, 11974126)等科研项目的资助。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ange.202417218