手性电子材料应用 Nature Chemistry综述：手性二维材料的前沿进展|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

Nature Chemistry综述：手性二维材料的前沿进展

二维（2D）材料自石墨烯发现以来，因其独特的物理和化学性质受到了广泛关注。然而，手性这一特性在2D材料中一直缺失。随着近年来手性二维晶体的出现，手性2D材料的研究成为一个新的研究热点。手性2D材料具有显著的结构优势，可以用于多种高级功能应用，包括光电器件、气体分离、非线性光学等领域。

成果简介

本综述文章系统地探讨了手性二维材料的设计策略、合成方法、结构表征、物理性质及其潜在应用。文章总结了目前手性2D材料的研究进展，并对未来的发展方向提出了前瞻性的展望，旨在促进这一新兴领域的发展。

研究亮点

手性2D材料的合成策略 ：文章详细介绍了通过剥离和自组装等方法合成手性2D材料的几种典型策略，并探讨了不同合成方法对材料性能的影响。结构表征与性能分析 ：通过高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）和扫描隧道显微镜（STM）等先进的表征技术，文章揭示了手性2D材料在纳米尺度下的独特结构和手性传递机制。手性2D材料的应用前景 ：文章重点讨论了手性2D材料在非线性光学、气体分离、光电器件等领域的潜在应用，强调了其在高性能器件中的应用前景。未来研究方向与挑战 ：文章总结了当前手性2D材料领域面临的主要挑战，如材料稳定性、合成效率等，并提出了可能的解决方案和未来研究的关键方向。

配图精析

图1 : 手性二维金属有机框架（MOFs）的局部结构表征展示了手性MOFs的局部结构，包括通过透射电子显微镜（TEM）获得的高分辨图像和手性位点的排列。该图强调了二维MOFs中手性传递的机制。

图2 : 手性二维纳米片的合成与结构表征展示了通过共价或非共价自组装方法合成的手性二维纳米片，并通过透射电子显微镜（TEM）和扫描隧道显微镜（STM）对其进行了结构表征。图中展示了这些纳米片在原子级别的排列和结构特征。

图3 : 手性二维杂化有机-无机钙钛矿（HOIPs）的晶体结构展示了几种典型手性HOIPs材料的晶体结构，并通过X射线衍射和透射电子显微镜对其结构进行了表征。图中展示了这些材料在不同手性诱导条件下的结构变化。

图4 : 手性二维蛋白质的合成与高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）表征展示了通过蛋白质自组装生成的二维手性晶体的高分辨透射电子显微镜图像。图中展示了蛋白质晶体的空间排列和手性特征，以及不同条件下晶体结构的变化。

展望

手性二维材料作为一种新兴的研究领域，展示了广阔的应用前景。然而，当前研究仍处于初步阶段，材料的稳定性、合成效率以及应用开发等方面仍面临挑战。未来，通过进一步的理论研究和实验探索，有望在高性能手性2D材料的设计与应用中取得突破。

文献信息

标题 : Emerging chiral two-dimensional materials期刊 : Nature ChemistryDOI : 10.1038/s41557-024-01595-w原文链接 : https://doi.org/10.1038/s41557-024-01595-w

进展｜三维手性超材料的折叠加工及自旋光分辨与选择性传输特性

与二维微/纳结构相比，三维微/纳结构具有更大空间自由度、更丰富和更新奇的功能特性，在力学、生物医学、微电子及微纳光子学等领域展示出巨大优势和应用前景。然而, 目前主流的微/纳米制造技术是基于平面工艺，不能直接用于三维微/纳米结构的加工。近年来，三维加工方法和技术已有较大的进展和突破，如多层叠加、激光三维直写和3D打印等，但是在纳米尺度上进行可控的三维加工仍面临巨大挑战。

最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心微加工实验室的博士研究生杨盛焱、刘哲博士、杨海方和李俊杰、顾长志研究员等人，建立并完善了一种基于离子束应变诱导的三维折叠纳米结构加工方法，并与合作者一起在构筑三维超材料和实现光场调控特性方面取得重要进展。基于宏观传统折纸工艺（Origami）带来的灵感，他们提出了聚焦离子束（FIB）应变诱导的折叠加工方法，可以实现从微米到纳米尺度的可控折叠或弯曲加工，尤其在三维结构精度、尺度和空间取向的加工方面展示出明显的优势。这种方法灵活直接、加工精度高、简单实用，并与平面工艺兼容，具有结构自由度高及三维构型动态可控等特点，是一种非常具有前景的三维加工新方法。由于他们在这一领域的代表性工作，为材料领域重要国际期刊Advanced Materials 【31(2019) 1802211】撰写了一篇综述文章，系统介绍了三维折叠加工方法的物理机制、加工工艺及其在微纳米器件应用上的研究进展和未来前景与挑战，并被选为当期的Frontispiece。同时，他们还制定了《微纳加工离子束辐照应变诱导三维纳米结构与器件的加工方法 》团体标准（T/BSPT 002—2018），并已发布。这是我国首次制定的两项关于纳米加工方法的团体标准之一，为我国纳米制造的发展战略提供了支撑。目前正在申报制定国家标准，并已通过初审。

该研究团队与英国伯明翰大学张霜教授合作，在利用微纳三维折叠加工方法构筑手性超材料实现自旋光分辨与选择性传输方面取得重要突破。他们设计并加工出具有内禀手性特征的三维折叠超表面结构，实现了自旋光分辨和巨大的圆二色性值(CD)，解决了自旋光有效调控中的关键难题。在这一过程中，他们利用电子束光刻在氮化硅薄膜上制备了反镜像对称排布的金属劈裂谐振环，然后利用聚焦离子束应变诱导加工技术，将劈裂谐振环沿着一定的空间角度进行折叠，从而获得具有高构型自由度的折叠超表面。这种具有深亚波长厚度的折叠超表面能够使得一种自旋态的光高效率通过该器件，而另一种自旋态的光则被反射或吸收。实验结果表明，随着折叠角度的优化，这种折叠超表面在红外波段的圆二色性值可高达0.7。这种折叠超表面结构具有深亚波长特性，能高效地调控不同自旋光的传播行为，从而实现光学波段高性能、微型化光自旋开关器件，在微型圆偏振器、自旋探测器、自旋光信息处理、手性光学成像和非线性光学等领域具有广泛应用前景。该项研究成果于2019年1月4日在线发表在Nano Letters (DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04521)上，并被选作封面文章。

图1. 三维纳米结构与器件加工的新方法与应用(综述)

图2 已发布的纳米加工方法团体标准

图3. 利用折叠超表面实现自旋光选择性透射示意图和折叠超表面的SEM图(左上图)；多极矩辐射谱和表面电流分布揭示折叠超表面手性光学响应的物理机制（左下图）；实验测得和理论计算获得超表面对左旋和右旋圆偏振光的透射谱和实验测得和理论计算获得的折叠超表面(折叠角度q=50°)对左旋和右旋圆偏振光的透射谱（右图）。