近日，大湾区大学（筹）物质科学学院于华教授课题组与陕西师范大学刘生忠教授合作，在有机-无机杂化钙钛矿材料中磁振子输运研究方面取得新进展，明确了其中超精细相互作用的重要角色。相关成果以“Realizing Long Magnon Diffusion in Organic-Inorganic Hybrid Perovskite Film by Universal Isotope Effect” 为题发表在《Nano Letters》上。
于华教授课题组特任研究员任丽霞（共同一作）、陕西师范大学刘生忠教授为本文的通讯作者，大湾区大学（筹）物质科学学院为论文的第一通讯单位。该研究得到国家自然科学基金、长江学者创新研究团队项目等的资助。
有机无机卤化物钙钛矿（OIHP）自旋电子学已成为一个很有前途的研究领域，因为它提供了一个新的可精确操控的自由度。最近，通过利用自旋塞贝克效应和逆自旋霍尔效应测量，研究发现Pt/OIHP/Y3Fe5O12非局域结构中存在大量磁振子注入和传输。理论上，超精细相互作用（HFI）被认为在OIHP的磁振子传输中起着重要作用，但迄今为止尚无明确的实验证据报道。
鉴于此，本项工作利用同位素效应实现有机-无机杂化钙钛矿薄膜中的长磁子扩散的研究成果。众所周知，氘（D）元素比氢（H）元素的HFI更弱。我们通过化学合成制备了系列氘化（D-）OIHP薄膜，包括MAPbBr3、FAPbBr3、MAPbI3及混合阴阳离子的钙钛矿薄膜；同时报告了，相比于质子化（H-）OIHP薄膜，在D-OIHP薄膜中自旋塞贝克系数增加和磁振子扩散长度延长；发现D-MAPbBr3薄膜作为非铁磁间隔层，在室温下实现了较长的磁振子扩散长度（接近120.3 nm）。研究发现为理解OIHP薄膜中的磁振子传输提供了宝贵的见解，并为OIHP在多功能应用中的提供了新思路。
图1. 质子化和氘化OIHP的晶体结构和光学性质表征
图2. 质子化和氘化OIHP薄膜中同位素依赖的磁振子输运
图3 质子化和氘化MAPbBr3中磁振子输运的同位素依赖性
图4 质子化和氘化混合阴离子OIHP中同位素依赖的磁振子输运表征
图5 常见绝缘体材料的磁振子输运行为比较
