结合III-V族半导体和手性卤化物钙钛矿,美国国家再生能源实验室(NREL)科学家开发出一种新的自旋控制LED,控制电子自旋在室温下发射偏振光,可能彻底改变光电领域。
当今多数光电设备都是基于控制电荷,但多数人忘记了另一个也能控制以提高光电设备性能效率的参数:电子自旋。
自旋控制LED是一种利用自旋电子学原理操控LED(发光二极管)发光特性的技术,透过改变电子自旋状态来调整光的发射,从而实现更高效光源或显示成果。
2021年,美国国家再生能源实验室(NREL)研究人员发表过一篇论文,解释如何使用两个钙钛矿层建立阻止电子向错误方向“旋转”的过滤器,制造出一种新型偏振发光二极管控制电子自旋,该二极管能在室温下发射自旋控制的光子,不需经过磁场或铁磁接触,而当时研究取得的突破还包括消除零下低温需求,提高资料处理速度并减少耗电量。
最近,研究团队再成功整合III-V半导体光电结构与手性卤化物钙钛矿半导体,或者说将现有商业化LED改造成也能控制电子自旋的LED。
图片来源:拍信网正版图库
提高光电转换效率
手性是指材料结构不能与其镜像叠加,比如“左手”取向的手性系统能允许“向上”自旋的电子传输,但会阻止“向下”自旋的电子,反之亦然。由于手性结构可调控光的偏振性,利用手性钙钛矿,电子自旋被转换为发射光的自旋或偏振,研究人员便能将LED转变为在室温且无磁场情况下发射偏振光的LED。
先前测得的光偏振度达约2.6%,现在,通过添加由元素周期表第三列、第五列材料制成的III-V族半导体(如砷化镓、磷化铟),团队将极化率提高至约15%,偏振度可直接测量LED中的自旋累积。
从LED显示器、太阳能电池到雷射光学元件,新研究将为许多现代光电设备提供新转型途径,结合手性钙钛矿的光吸收特性与III-V族半导体高效能,将提升整体设备光电转换效率。
此外,手性钙钛矿制备成本相对较低,与III-V族半导体结合可能降低整体设备生产成本。新论文发表在《自然》(Nature)期刊。(来源:科技新报)
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