【第五屆鈣鈦礦論壇】掌性鈣鈦礦驅動圓偏振光元件：材料調控、磁場強化與界面工程亮點

以CISS機制與CD/CPL量測驗證自旋選擇，兼顧穩定封裝與白光實作

本場演講由趙宇強（講者）系統梳理鈣鈦礦材料之維度調控與掌性（手性）分子導入的研究脈絡，說明如何透過化學配方、外加磁場與界面工程，強化圓二色性（Circular Dichroism, CD）與圓偏振發光（Circularly Polarized Luminescence, CPL）表現，並展示於元件層級的初步應用成果。其內容呼應論壇關注的高效率與高穩定光電材料議題。

材料結構調控與無鉛化發展

趙宇強指出，三維鈣鈦礦可藉由引入有機分子調降至二維、一維乃至零維，形成以化學配方參數 n=1,2,3,4n=1,2,3,4 表示的系列化結構，展現高度可調性；材料同時具高吸光係數與可設計能帶，已被廣泛應用於發光二極體（LED）與太陽能電池。為回應鉛毒性爭議，團隊嘗試無鉛鈣鈦礦並維持具競爭力的LED效率，同時證實藉鹵素組成變化可調控發光波長，為綠—紅波段設計提供材料基礎。

高分子封裝與白光合成突破

在可靠度方面，團隊以高分子包覆綠/紅鈣鈦礦量子點，顯著提升水/熱環境下之穩定性：樣品經「水煮」、3D列印與細線拉製後仍能維持發光，證明其可製成穩定封裝態，並能與藍光LED組合實現白光輸出。白光合成過程中，研究亦發現不同顏色量子點混合時，因離子交換導致光譜合併，難以維持多波段；為此團隊改採「顆粒尺寸分佈設計」，成功保留多個特徵峰並實作多色元件。

自旋軌道耦合與掌性分子引入

在物理本質上，鈣鈦礦展現強烈自旋軌道耦合（spin–orbit coupling）、相對較長自旋壽命與明顯的光學選擇規則，觸發自旋電子與偏振光應用探索。研究團隊進一步引入掌性分子（R/S 對映體）修飾表面，並透過CD與CPL光譜驗證掌性特性。趙宇強強調：「掌性結構在自然界與日常生活中隨處可見，從DNA、氨基酸到植物與昆蟲，這種普遍性也為材料應用提供了靈感。」

組成工程與磁場強化效應

與臺大合作的研究顯示，新型掌性鈣鈦礦於室溫下展現明顯CD與CPL，且不同 nn 值材料展現出掌性差異：n=1n=1 特徵明顯，而 n=2,3,4n=2,3,4 因複合相與有機分子含量下降，掌性表現逐漸減弱。值得注意的是，外加磁場可同步強化CD與CPL訊號，並透過高斯峰擬合解析能帶分裂量，為理解掌性-自旋耦合機制提供量化依據。

元件應用與CISS機制驗證

進一步的組成工程表明，鹵素比例變化可將CD波段由500 nm壓縮至400 nm以下，對應CPL峰位隨之位移，展現光譜調控潛力。掌性鈣鈦礦更被證實可作為自旋選擇層，透過掌性誘發自旋選擇性（Chiral-Induced Spin Selectivity, CISS）機制調控注入態，最終產生CPL輸出。此理念亦延伸至二維材料（如MO4），僅在嵌入掌性分子時出現CPL，凸顯掌性修飾的重要性。

界面工程與長時穩定性

除了光學與自旋應用，掌性分子同時具備介面修飾功能。相關文獻與團隊實驗顯示，掌性修飾能改善能帶對齊、提升電子垂直傳輸效率，並增強元件機械強度與長時穩定性。部分研究已證明其可實現超過2000小時的運作壽命，對未來太陽能電池與光電器件的可靠度優化具高度價值。

本講座脈絡對產業的意涵在於：其一，以「尺寸分佈設計 + 高分子封裝」克服白光混摻離子交換的先天限制，縮短從材料到模組的落差；其二，「鹵素/維度（nn）/磁場」三軸聯動，提供CD/CPL的工程化調諧方法，有助於建立應用導向的設計規格；其三，掌性分子兼具自旋選擇與介面修飾雙重角色，使發光與太陽能器件在效率、壽命與機械可靠度間取得平衡。相較傳統發光材料體系，掌性鈣鈦礦結合CISS的策略，為低成本、可溶液製程之圓偏振光源與自旋光電（spin-optoelectronics）提供具體可行的路徑。

整體而言，本場

以「掌性×鈣鈦礦」為主軸，從材料結構、光譜證據到元件驗證，完整呈現圓偏振光元件的關鍵拼圖，並以高分子封裝與界面工程回應產業對可靠度的核心需求。相關成果對照明、顯示與自旋電子的跨域佈局，具有實質啟發與推進價值。