Chiral Nematic Cellulose Nanocrystal Films for Enhanced Charge Separation and Quantum-Confined Stark Effect

材料科学 液晶 量子点 手性(物理) 电介质 纳米晶 电场 纳米技术 化学物理 纳米颗粒 生物分子 光电子学 化学 物理 Nambu–Jona Lasinio模型 手征对称破缺 量子力学 夸克
作者
Gur Aminadav,Omer Shoseyov,Shylee Belsey,Daniel Voignac,Shira Yochelis,Yael Levi‐Kalisman,Binghai Yan,Oded Shoseyov,Yossi Paltiel
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (42): 28609-28621
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c04727
摘要

Efficient charge separation is essential in various optoelectronic systems, yet it continues to pose substantial challenges. Building upon the recent evidence that chiral biomolecules can function as electron spin filters, this study aims to extend the application of chirality-driven charge separation from the molecular level to the mesoscale and supramolecular scale. Utilizing cellulose nanocrystals (CNCs) derived from cellulose, the most abundant biomaterial on Earth, this research leverages their self-assembly into chiral nematic structures and their dielectric properties. A device is introduced featuring a chiral nematic hybrid film composed of CNCs and quantum dots (QDs), decorated with iron oxide nanoparticles. Using the quantum-confined Stark effect (QCSE) to probe charge separation, we reveal significant sensitivity to the circular polarization of light and the chiral nematic structure of the film. This approach achieves effective, long-lasting charge separation, both locally and across length scales exceeding 1 μm, enabling potential applications such as self-assembled devices that combine photovoltaic cells with electric capacitance as well as optical electric-field hybrid biosensors.
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