結(jié)合III-V 族半導(dǎo)體和手性鹵化物鈣鈦礦，美國國家再生能源實驗室（NREL）科學(xué)家開發(fā)出一種新的自旋控制LED，控制電子自旋在室溫下發(fā)射偏振光，可能徹底改變光電領(lǐng)域。

當(dāng)今多數(shù)光電設(shè)備都是基于控制電荷，但多數(shù)人忘記了另一個也能控制以提高光電設(shè)備性能效率的參數(shù)：電子自旋。
自旋控制LED是一種利用自旋電子學(xué)原理操控LED（發(fā)光二極體）發(fā)光特性的技術(shù)，透過改變電子自旋狀態(tài)來調(diào)整光的發(fā)射，從而實現(xiàn)更高效光源或顯示成果。
2021年，美國國家再生能源實驗室（NREL）研究人員發(fā)表過一篇論文，解釋如何使用兩個鈣鈦礦層建立阻止電子向錯誤方向“旋轉(zhuǎn)”的過濾器，制造出一種新型偏振發(fā)光二極體控制電子自旋，該二極體能在室溫下發(fā)射自旋控制的光子，不需經(jīng)過磁場或鐵磁接觸，而當(dāng)時研究取得的突破還包括消除零下低溫需求，提高資料處理速度并減少耗電量。
最近，研究團隊再成功整合III-V半導(dǎo)體光電結(jié)構(gòu)與手性鹵化物鈣鈦礦半導(dǎo)體，或者說將現(xiàn)有商業(yè)化LED改造成也能控制電子自旋的LED。 

提高光電轉(zhuǎn)換效率

手性是指材料結(jié)構(gòu)不能與其鏡像疊加，比如“左手”取向的手性系統(tǒng)能允許“向上”自旋的電子傳輸，但會阻止“向下”自旋的電子，反之亦然。由于手性結(jié)構(gòu)可調(diào)控光的偏振性，利用手性鈣鈦礦，電子自旋被轉(zhuǎn)換為發(fā)射光的自旋或偏振，研究人員便能將LED 轉(zhuǎn)變?yōu)樵谑覝厍覠o磁場情況下發(fā)射偏振光的LED。

先前測得的光偏振度達(dá)約2.6%，現(xiàn)在，藉由添加由元素周期表第三列、第五列材料制成的III-V 族半導(dǎo)體（如砷化鎵、磷化銦），團隊將極化率提高至約15%，偏振度可直接測量LED 中的自旋累積。從LED顯示器、太陽能電池到雷射光學(xué)元件，新研究將為許多現(xiàn)代光電設(shè)備提供新轉(zhuǎn)型途徑，結(jié)合手性鈣鈦礦的光吸收特性與III-V族半導(dǎo)體高效能，將提升整體設(shè)備光電轉(zhuǎn)換效率。此外，手性鈣鈦礦制備成本相對較低，與III-V族半導(dǎo)體結(jié)合可能降低整體設(shè)備生產(chǎn)成本。新論文發(fā)表在《自然》（Nature）期刊（DOI: 10.1038/s41586-024-07560-4）。 

來源：科技新報