胶体量子点的表面通常由一层有机配体覆盖，以获得更好的稳定性，实现悬挂键的钝化，并提高其在各种溶剂中的溶解度。大的比表面积使得表面和封端配体在胶体量子点的物理和化学过程中发挥着重要作用。II-VI族的CdSe和CdS胶体量子点的自旋动力学通常存在两个具有不同进动频率的自旋组分。我们的前期研究表明这两种自旋组分来源于光致荷电量子点中具有不同波函数分布的两种电子（g₁电子和g₂电子）（ J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 3681−3687 ）。 g₁电子局域在量子点内部； g₂电子局域在量子点表面附近。量子点内部电子仅受量子点限域势作用，其自旋性质受到表面配体的影响相对较弱。相比之下，对于局域在表面附近的g₂电子，自旋性质将有可能受到表面状态的强烈影响，这使其可作为研究表面效应的理想平台。

实验室的固态体系自旋调控研究小组在室温下利用时间分辨椭偏光谱技术研究了添加不同表面配体分子对CdS胶体量子点中电子自旋激发随激光功率依赖关系的影响。当在空气气氛下加入足量的辛硫醇空穴俘获剂后，首次发现了g₂电子自旋信号随激发功率的反常依赖：通过增加激光功率， g₂电子自旋信号会从初始自旋方向调换到反平行自旋方向的信号（自旋方向调换，SDS）。分析表明，随着激光功率增加， g₂电子自旋方向将由重空穴激发占主导逐渐转变为由自旋-轨道-分裂空穴激发占主导。但对于原生CdS胶体量子点中的g₂电子以及氮气下添加辛硫醇空穴俘获剂所获得的g₁电子，未观测到SDS现象。 g₂电子的波函数在辛硫醇分子中的渗透被证明是SDS现象存在的重要原因。这一发现揭示了表面条件对半导体量子点中电子自旋激发过程的重要性，表面状态可以作为操纵自旋的重要因素。

该研究成果以华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室为第一单位发表在J. Phys. Chem. Lett. 14, 9069–9074 (2023)。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.3c02285

图1： (a) 添加1-辛硫醇的CdS量子点在不同泵浦光能流密度下的电子自旋动力学。(b) 带边能级结构以及𝜎^+圆偏振光激发产生的电子空穴对及跃迁几率示意图。