有机-无机杂化钙钛矿（HOIPs）材料是一类通过库仑相互作用形成的离子晶体，其组成离子键的离子具有电荷量少、半径大的特点，相应的离子键键能低，使得晶体内部容易产生各类点缺陷。通常HOIPs材料中的大部分缺陷属于浅能级缺陷，这些浅能级缺陷可以在空间上束缚自由激子形成束缚激子，研究束缚激子对于改善器件的光电性能具有重要的作用。目前报道的HOIPs材料中束缚激子的发光都是大量缺陷产生的束缚激子的集体发光，这无法了解单个束缚激子光学性质。

本文通过低温（4.2 K）微区共聚焦系统研究了CH₃NH₃PbBr₃纳米线的荧光光谱，发现在CH₃NH₃PbBr₃纳米线的荧光光谱中存在着非常尖锐的发光峰。这些发光峰的能量位置不固定且低于自由激子的能量，线宽最窄可达226 μeV，并且发光强度高，作者认为这些窄线宽的发光峰来自于 HOIPs 纳米线中单个束缚激子发光。在外加磁场下，不同缺陷导致的束缚激子表现出不同的塞曼效应和抗磁行。在矢量磁场下，作者发现有些束缚激子的 g 因子存在空间的三维各向异性，这是由于晶体的各向异性及波函数在空间受限的各向异性导致的。文章的结果为实现基于HOIPs纳米线中束缚激子的单光子光源提供了基础，同时 g 因子的各向异性为未来操控束缚激子的自旋提供了可能。

图1   低温下不同纳米线在磁场下的荧光光谱。(a) 自由激子(FX) 在磁场下无塞曼分裂, 束缚激子(TX) 在磁场下有塞曼分裂; (b) 自由激子和束缚激子在磁场下均无塞曼分裂; (c) 束缚激子在磁场下有塞曼分裂, 无抗磁现象; (d) 束缚激子在磁场下有塞曼分裂, 有抗磁现象。

图2   (a) 磁场与纳米线生长方向夹角变化对束缚激子的光谱的影响; (b) 束缚激子g因子随角度的变化

钙钛矿除了作为理想的太阳能电池光吸收层外，其发光特性也备受瞩目，尤其是作为复合白光发光候选材料。该发光特性主要依赖于材料缺陷对电子和空穴的束缚。目前对有机- 无机杂化钙钛矿材料中单个束缚激子的光电性质及其磁光性质的研究较少，文章研究结果对深入理解束缚激子在量子光源和自旋电子学中的应用，以及对钙钛矿光源的设计具有重要的意义。

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http://wulixb.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7498/aps.69.20200646