锰掺杂氯化镉中自旋-自旋耦合与电子-声子耦合的维度调控：基于苯二胺异构体的结构设计

本文通过调控苯二胺异构体（PPDA/OPDA）构建不同维度的锰掺杂有机-无机杂化镉卤化物，揭示了低维结构中声子区折叠效应（phonon zone folding）对磁极化子（EMP）形成的关键作用。研究发现，二维层状结构通过π-π堆叠和自旋耦合（spin-spin coupling）扩展了电子-声子相互作用范围，而一维链状结构中局域激子（local excitons）与反铁磁耦合（AFM）共同调控发光效率，为低维光电材料设计提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过对比二维层状(PPDA)CdCl₄与一维锯齿链(OPDA)₂Cd₃Cl₁₀的结构特性，首次在低维金属卤化物中观察到声子区折叠效应（phonon zone folding）对磁极化子（EMP）的调控作用。二维结构中，层间氢键和π-π堆叠促使声子模式从非布里渊区折叠至多层布里渊区中心，显著增强了多声子耦合（multi-phonon coupling），使磁极化子跨越不同层间，而一维链中局域激子则优先存在于单层多面体内。

Materials

实验采用对苯二胺（PPDA）和邻苯二胺（OPDA）作为有机框架，通过水热法合成锰掺杂样品。关键试剂包括CdCl₂（99%）、MnCl₂（99.9%）和次磷酸（H₃PO₂），所有步骤均在程序控温炉中完成。

Structure of as-synthesized crystals

X射线衍射显示：(PPDA)CdCl₄为单斜晶系（P2₁/c空间群），形成二维D-J相层状结构，有机阳离子通过氢键分隔[CdCl₆]^4-八面体层；(OPDA)₂Cd₃Cl₁₀则呈现三斜晶系（P-1空间群）的一维锯齿链，链间通过有机分子弱相互作用隔离。

Conclusion

二维结构中，声子区折叠效应扩大了磁极化子的结合能与空间范围，使其发光强度峰值温度向高温移动；而一维链的反铁磁耦合（AFM）通过抑制层间电子-声子相互作用降低了发光效率。该研究为低维磁光材料的设计提供了维度调控的新范式。