Forbidden Light: Origins and Implications of Optical Frequency Magnetism in Hybrid Organic/Inorganic Perovskites

禁光:有机/无机杂化钙钛矿中光频磁性的起源和意义

基本信息

  • 批准号:
    2004093
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 38.97万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2020-07-01 至 2023-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Light consists of oscillating electric and magnetic fields. However, at atomic length scales, scientists uniformly assume that materials react only to the electric field component of light. Light-matter interactions driven by the magnetic field component of light—magnetic dipole processes—are assumed to be either extremely weak or strictly forbidden. Recently, the principal investigator’s research team discovered unexpected, bright, light emission, caused by interaction with magnetic dipoles, from a class of atomically thin “two-dimensional” layered organic/inorganic perovskite materials These results challenge the common notion that optical properties of materials are governed by electric fields alone. The principal objective of this project is to determine the origins and implications of this optical frequency magnetism in thus class of materials. In doing so, the research team is clarifying whether optical frequency magnetism is more common than previously thought, whether it exists in other materials systems, and whether it manifests in other unusual ways. These studies of the fundamental nature of light-matter interactions are complemented by new outreach efforts designed to facilitate effective science communication to the general public. Specifically, the principal investigator is developing text editors that help scientists “translate” their research into language targeted at various general audiences. At optical frequencies and atomic length scales quantum-mechanical light-matter interactions are inherently non-magnetic. That is, absorption and luminescence processes are treated in the electric dipole (ED) approximation and assumed to occur via quantum-mechanical matrix elements that are driven purely by the electric field component of light. Higher order magnetic dipole (MD) processes are assumed to be either negligibly weak, as in atoms and molecules, or strictly forbidden, as in typical semiconductors. Recently, the principal investigator’s research team discovered very bright, ostensibly symmetry-forbidden MD photoluminescence in a variety of two-dimensional hybrid organic/inorganic perovskites (2D HOIPs). This demonstration of optical frequency magnetism challenges the common notion that optics—especially in semiconductors—is governed by electric fields and electric dipoles. The principal objective of this proposal is to determine the origins and implications of optical frequency magnetism in HOIPs. The project is dedicated to answering a question of fundamental scientific importance: Why do 2D HOIPs exhibit ostensibly “forbidden” MD light emission and why is this emission so bright? Research efforts follow three themes: 1) Ascertaining the prevalence of MD optical processes in HOIPs, and showing how MD processes can be modified via chemical synthesis. 2) Demonstrating how the magnitude, energy, and dynamics of MD optical processes are influenced by external stimuli such as temperature, strain, and electric fields. 3) Determining whether HOIPs exhibit MD absorption or permeability. These research activities will clarify the role of symmetry breaking effects in HOIPs, resolve open questions regarding commonly seen sideband absorption and emission features that impact the efficiency and color purity of optoelectronic devices, and point the way to new classes of bulk, atomic-scale metamaterial phenomena heretofore thought impossible. More generally, the existence of optical frequency magnetism in 2D HOIPs challenges the prevailing ED-centric approach used to describe light-matter interactions. Elucidating the origins of this effect will clarify whether optical frequency magnetism is more prevalent than previously, whether it exists in other material systems, and how to exploit it to achieve new types of optical functionality.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
光是由振荡的电场和磁场组成的。然而,在原子长度尺度上,科学家们一致认为材料只对光的电场分量起反应。由光磁偶极过程的磁场分量驱动的光-物质相互作用被假定为要么极弱,要么严格禁止。最近,首席研究员的研究小组发现了由与磁偶极子相互作用引起的意外的明亮光发射,来自一类原子薄的“二维”层状有机/无机钙钛矿材料。这个项目的主要目标是确定这种光频磁性在这类材料中的起源和含义。通过这样做,研究小组正在澄清光频磁性是否比以前认为的更常见,它是否存在于其他材料系统中,以及它是否以其他不寻常的方式表现出来。这些关于光-物质相互作用的基本性质的研究得到了旨在促进向公众进行有效科学传播的新的外联工作的补充。具体来说,首席研究员正在开发文本编辑器,帮助科学家将他们的研究“翻译”成针对各种普通受众的语言。在光学频率和原子长度尺度下,量子力学光-物质相互作用本质上是非磁性的。也就是说,吸收和发光过程中处理的电偶极子(艾德)近似,并假定发生通过量子力学矩阵元素,纯粹由光的电场分量驱动。高阶磁偶极(MD)过程被假定为弱到可以忽略,如在原子和分子中,或严格禁止,如在典型的半导体中。最近,首席研究员的研究团队在各种二维混合有机/无机钙钛矿(2D HOIP)中发现了非常明亮的,表面上禁止的MD光致发光。这种光频磁性的演示挑战了光学(特别是在超导体中)受电场和电偶极子支配的普遍观念。这项建议的主要目标是确定HOIP中光频磁性的起源和影响。该项目致力于回答一个具有基础科学重要性的问题:为什么2D HOIP表现出表面上“禁止”的MD光发射,为什么这种发射如此明亮?研究工作遵循三个主题:1)确定MD光学过程在HOIP中的普遍性,并显示如何通过化学合成来修改MD过程。2)演示MD光学过程的幅度,能量和动力学如何受到外部刺激(如温度,应变和电场)的影响。3)确定HOIP是否表现出MD吸收或渗透性。这些研究活动将阐明对称性破缺效应在HOIP中的作用,解决有关影响光电器件效率和色纯度的常见边带吸收和发射特征的开放性问题,并为迄今为止被认为不可能的新型大块原子级超材料现象指明方向。更一般地说,光频磁性的存在,在2D HOIP挑战流行的ED为中心的方法来描述轻物质的相互作用。阐明这种效应的起源将澄清光频磁性是否比以前更普遍,它是否存在于其他材料系统中,以及如何利用它来实现新型的光学功能。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Jon Schuller其他文献

Jon Schuller的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Jon Schuller', 18)}}的其他基金

CAREER: Origins and Applications of Optical Anisotropies in Organic Photonics
职业:有机光子学中光学各向异性的起源和应用
  • 批准号:
    1454260
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 38.97万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

上调间充质干细胞LIGHT、IL-21及 Sig lec-10用于卵巢癌免疫协同增效治疗 的多模态影像学研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
LIGHT/HVEM-亮氨酸轴异常引起蜕膜基质细胞过度衰老致复发流产的机制研究
  • 批准号:
    32370914
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
LIGHT促NLRP3炎症小体活化介导他克莫司所致肾纤维化的作用机制研究
  • 批准号:
    82300855
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
LIGHT-HVEM通路提升CAR-T细胞抗肿瘤活性的机制研究
  • 批准号:
    82202031
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
LIGHT/TNFSF14通路对缺血再灌注肾损伤中细胞铁死亡影响的实验研究
  • 批准号:
    n/a
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
气道上皮细胞经LIGHT/HVEM通路调控哮喘气道微环境内稳态的机制及干预研究
  • 批准号:
    2020A151501040
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
MSCs通过免疫刺激因子LIGHT介导抗原缺失变异性乳腺癌的免疫效应及机制
  • 批准号:
    LY21H160003
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
Light助力中国科研团队提升国际影响力
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    6 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目
LIGHT(TNFSF14)诱导子痫前期的机制及其转化医学研究
  • 批准号:
    2019JJ20035
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
Light助力中国科研团队提升国际影响力
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    5 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目

相似海外基金

Next Generation Glioma Treatments using Direct Light Therapy
使用直接光疗法的下一代神经胶质瘤治疗
  • 批准号:
    10092859
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 38.97万
  • 项目类别:
    EU-Funded
Aquatic Pollution from Light and Anthropogenic Noise: management of impacts on biodiversity
光和人为噪声造成的水生污染:生物多样性影响管理
  • 批准号:
    10098417
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 38.97万
  • 项目类别:
    EU-Funded
Telecom wavelength high-repetition-rate quantum light source
电信波长高重复率量子光源
  • 批准号:
    10088290
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 38.97万
  • 项目类别:
    Collaborative R&D
Structure-guided optimisation of light-driven microalgae cell factories
光驱动微藻细胞工厂的结构引导优化
  • 批准号:
    DP240101727
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 38.97万
  • 项目类别:
    Discovery Projects
Hybrid Electrochemically-paired Light Irradiated Organic Synthesis (Acronym: HELIOS)
混合电化学配对光照射有机合成(缩写:HELIOS)
  • 批准号:
    EP/Y037413/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 38.97万
  • 项目类别:
    Research Grant
Light Pulsing in Vertical Farming For Sustainable Fresh Produce: LightPuls-VF
垂直农业中的光脉冲可持续新鲜农产品:LightPuls-VF
  • 批准号:
    BB/Z51441X/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 38.97万
  • 项目类别:
    Research Grant
Shining light on single molecule dynamics: photon by photon
照亮单分子动力学:逐个光子
  • 批准号:
    EP/X031934/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 38.97万
  • 项目类别:
    Research Grant
Monolithic generation & detection of squeezed light in silicon nitride photonics (Mono-Squeeze)
单片一代
  • 批准号:
    EP/X016218/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 38.97万
  • 项目类别:
    Research Grant
Dark Data from the White Continent: New Light on Five Decades of Vertebrate Paleontology Collections from the Triassic Fremouw Formation of Antarctica
来自白色大陆的暗数据:对南极洲三叠纪 Fremouw 组的五个十年的脊椎动物古生物学收藏的新认识
  • 批准号:
    2313242
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 38.97万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: CAS: Organic Photochemistry for Light-Driven CO2 Capture and Release
职业:CAS:光驱动二氧化碳捕获和释放的有机光化学
  • 批准号:
    2338206
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 38.97万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了