基于碳的量子点中的自旋依赖光致发光

《Advanced Materials》：Spin-Dependent Photoluminescence in Carbon-Based Quantum Dots

碳基量子点（CQDs）通过自旋相关效应实现光致发光（PL）的磁调制，为量子传感与成像提供新途径。采用19种氨基酸为前驱体合成CQDs，发现其干燥和溶液态下均存在显著磁致发光效应（PL变化率达8.6%），电子自旋共振证实自由基对机制主导该效应，且参数磁性物质会通过增强磁噪声降低自旋弛豫效率，调控PL对比度。研究成果为生物样本原位量子检测开辟新方法。

　　

摘要

通过自旋相关效应调节纳米材料的光致发光（PL）对于许多新兴的量子技术至关重要，其中纳米级量子传感和成像是特别关注的领域。基于碳的量子点（CQDs）是最常见的发光纳米材料之一，因其易于合成、可通过有机化学进行调控、具有高亮度和天然生物相容性而受到青睐。然而，在室温下观察自旋依赖的光致发光一直是一个难题。在这里，我们报告了在常温条件下，使用磁场（$$ mT）对CQDs的光致发光进行调控的现象。通过热解法，我们使用19种不同的氨基酸作为起始材料合成了多种CQDs，这些CQDs具有不同的光致发光光谱。令人惊讶的是，其中绝大多数在干燥状态下都表现出明显的磁致发光效应（变化幅度可达$$），并且在溶液中这种效应通常也能持续存在。此外，在光致发光过程中检测到了电子自旋共振，其$$因子为$$，这表明自旋依赖的光致发光可能是由自由基对机制引起的。最后，我们发现存在顺磁物质时，磁致发光的对比度会降低，这归因于CQDs中磁噪声引起的自旋松弛增加。我们的工作为这些常用且具有生物相容性的发光纳米粒子带来了新的功能，为生物样本的原位量子传感和成像开辟了新的可能性。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

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