Neue Fortschritte in der Optoelektronik: Spin-Kontrolle durch chirale Perowskite und III-V-Halbleiter

BerlinWissenschaftler des National Renewable Energy Laboratory (NREL) im Energieministerium der USA haben bedeutende Fortschritte in der Optoelektronik erzielt. Sie kombinierten einen Halbleitertyp namens III-V mit einem speziellen Material, dem chiralen Halogenid-Perowskit. Diese neue Kombination verwandelte eine herkömmliche LED in ein Gerät, das Elektronenspin ohne den Einsatz von Magnetfeldern steuern kann.

Hier sind die Erfolge des Teams:

• Entwicklung einer polarisierten LED durch Verwendung einer Perowskit-Schicht.
• Integration eines III-V-Halbleiters mit chiraler Perowskit-Struktur.
• Erzielung von Spin-Kontrolle bei Raumtemperatur.

Diese innovative Technologie könnte die Optoelektronik revolutionieren, indem sie Geräte wie LEDs, Solarzellen und Telekommunikationslaser beeinflusst.

CHOISE finanzierte die Studie, an der Experten vom NREL, der Colorado School of Mines, der University of Utah, der University of Colorado Boulder und der Université de Lorraine in Frankreich beteiligt waren.

CHOISE erforscht den gegenseitigen Wechsel von Ladung, Spin und Licht durch chemische Prozesse. Im Mittelpunkt steht dabei die Steuerung des Elektronenspins, der entweder „up“ oder „down“ sein kann.

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Die meisten modernen Geräte wandeln elektrische Ladung in Licht um und zurück. Durch Hinzufügen von Spinkontrolle können neue Effekte und Anwendungen geschaffen werden. Beard betont, dass viele Menschen den Elektronenspin oft vernachlässigen, obwohl er eine wichtige, steuerbare Eigenschaft darstellt.

Im Jahr 2021 nutzten Forscher zwei Arten von Perowskitschichten, um den Spin zu kontrollieren. Sie entwickelten einen Filter, der Elektronen mit unerwünschtem Spin blockiert. Sie vermuteten, dass die Verwendung der beiden Halbleiter die Optoelektronik verbessern könnte. Aktuelle Fortschritte bestätigen, dass sie Recht hatten.

Durch die Kombination von Perowskiten mit III-V-Halbleitern entfällt die Notwendigkeit sehr niedriger Temperaturen. Dies verbessert die Datenverarbeitung und senkt den Energieverbrauch. Die Zugabe des III-V-Halbleiters erhöhte die Polarisation auf etwa 15 %, was die Spin-Akkumulation in der LED verbessert.

Matthew Hautzinger, der Hauptautor, freut sich darauf, reguläre LEDs mit Spin-Funktionalität auszustatten. Er erklärte, dass die verwendete Art von LED ungefähr 14 Cent kostet. Durch das Hinzufügen von chiralen Perowskiten wird sie zu einem Gerät, das den Spin kontrollieren kann.