综述导读
圆偏振光（CPL）作为携带自旋信息的独特光子载体，正在重塑未来的光电子技术。然而，手性半导体材料通常面临本征手性响应微弱（低 $g$ 因子）的瓶颈。本综述系统梳理了近年来在有机半导体、金属-有机框架及手性钙钛矿中实现“手性放大”的前沿策略。作者不仅从材料设计、超分子组装到器件工程三个维度构建了完整的技术路线图，还特别强调了这些材料在 CP-OLED、宽波段 CPL 探测及手性自旋电子学（CISS效应）中的革命性应用潜力。
Table of Contents
本文知识架构
graph LR NodeRoot[手性半导体放大策略] --> NodeMat[三大材料平台] NodeRoot --> NodeStrat[手性放大机制] NodeRoot --> NodeApp[光电应用] NodeMat --> NodeOSC[有机半导体 OSCs] NodeOSC --> NodePoly[共轭聚合物] NodeOSC --> NodeSmall[小分子组装] NodeMat --> NodeMOM[金属-有机材料] NodeMOM --> NodeMOF[手性 MOFs] NodeMOM --> NodeCOF[手性 COFs] NodeMat --> NodePero[手性钙钛矿 CHPs] NodePero --> Node2D[2D 层状结构] NodePero --> NodeLigand[手性配体诱导] NodeStrat --> NodeMol[分子层面] NodeMol --> NodeDesign[手性中心引入] NodeMol --> NodeDoping[手性掺杂] NodeStrat --> NodeSupra[超分子层面] NodeSupra --> NodeTransfer[手性转移/诱导] NodeSupra --> NodeHelix[螺旋聚集体] NodeStrat --> NodeDev[器件层面] NodeDev --> NodeHetero[异质结工程] NodeDev --> NodeCavity[光学微腔] NodeApp --> NodeLight[光子器件] NodeLight --> NodeCPOLED[CP-OLED 发光] NodeLight --> NodeDet[CPL 探测器] NodeApp --> NodeSpin[自旋电子学] NodeSpin --> NodeCISS[CISS 效应] NodeSpin --> NodeNeuro[神经形态器件]

01. 手性半导体的材料谱系：从有机到杂化

手性半导体不仅拥有传统半导体的电荷传输特性，还具备独特的光学活性。本文将这类材料归纳为三大类：有机半导体 (OSCs)、金属-有机材料 (MOMs) 和 手性杂化钙钛矿 (CHPs)。

在有机半导体中，手性通常来源于侧链的手性中心或骨架的螺旋扭曲（如多重螺旋烯）。金属-有机材料（MOFs/COFs）则通过引入手性配体或利用网格拓扑实现手性，其多孔结构为客体分子的手性识别提供了空间。最为引人注目的是手性杂化钙钛矿，这是一种新兴的量子材料。通过在无机晶格间隙插入手性有机阳离子（如 $R/S$-MBA），可以诱导无机骨架发生对称性破缺，从而在保持优异载流子迁移率的同时获得巨大的手性光学响应（CD/CPL）。

本章核心 (Key Takeaways)
  • 有机半导体主要依赖分子内手性或超分子手性聚集。
  • 手性钙钛矿通过“手性阳离子诱导晶格畸变”实现无机骨架的手性化。
  • 材料种类的多样性为覆盖紫外到近红外波段的手性光电响应提供了可能。

02. 跨尺度手性放大：分子、组装与器件

本征分子的手性响应往往较弱（$g$ 因子通常在 $10^{-3}$ 量级），限制了其实际应用。综述详细阐述了跨越多个尺度的“放大”策略。

在超分子尺度，利用 $\pi-\pi$ 堆积驱动分子自组装形成长程有序的螺旋纳米纤维，可以显著增强 CD 信号。这种现象被称为“超分子手性放大”。对于无手性的共轭聚合物，通过掺杂少量手性诱导剂（Chiral dopants），利用Sergeant-and-Soldiers效应，可以诱导整个体系产生宏观手性。在器件尺度，异质结界面的能带排列调控和光学微腔效应（Microcavity effect）被证明是进一步提升 $g_{EL}$（电致发光不对称因子）的有效手段。例如，利用胆甾相液晶作为反射镜构建的微腔 OLED，能够选择性地增强特定圆偏振光的发射。

本章核心 (Key Takeaways)
  • 超分子自组装能够将微观分子手性转化为介观/宏观的形态手性。
  • 手性转移（Chirality Transfer）策略允许利用廉价的手性源诱导非手性高性能半导体产生手性。
  • 器件结构设计（如微腔、异质结）是突破材料本征 $g$ 因子极限的必经之路。

03. 光电功能与自旋电子学：CPL 的双向操纵

手性半导体在光电子领域的应用主要集中在 CPL 的发射与探测。CP-OLED 旨在直接发射高纯度的圆偏振光，这不仅能提升显示器的能效（省去偏振片），还能用于增强现实（AR）和3D显示。在探测端，基于手性钙钛矿或有机异质结的CPL 探测器展现出无需外置光路即可区分左旋/右旋光的能力，这对于量子通信和生物医学成像至关重要。

更前沿的进展在于手性诱导自旋选择性 (CISS) 效应。研究发现，电子通过手性分子传输时会发生自旋极化。这一特性使得手性半导体可以作为高效的“自旋过滤器”，用于构建室温下的自旋发光二极管（Spin-LEDs）和自旋晶体管，甚至用于模拟生物突触的神经形态计算器件。

本章核心 (Key Takeaways)
  • CP-OLED 的核心指标是亮度和 $g_{EL}$ 的平衡，目前多层器件结构表现最佳。
  • 无滤光片 CPL 探测器是实现器件微型化和集成化的关键。
  • CISS 效应连接了手性与自旋，为非磁性材料实现自旋电子学功能开辟了新赛道。

⚗️ 总结与展望

手性半导体正处于从基础研究向器件应用跨越的关键时期。尽管通过超分子组装和器件工程已经实现了 $g$ 因子的数量级提升，但在多晶薄膜中实现大面积、均匀的高手性响应仍具挑战。未来的研究重点将聚焦于：1) 深入理解界面手性转移的物理机制；2) 开发兼具高载流子迁移率和强手性光学活性的新型材料；3) 探索手性半导体在量子信息处理和类脑计算中的新兴应用。随着“手性放大”策略的不断成熟，基于手性半导体的先进光电子器件有望在不久的将来走进现实。