Chirale Perowskite und III-V-Halbleiter revolutionieren Spinmanagement in der Optoelektronik – neue LEDs schaffen Durchbruch

BerlinWissenschaftler des National Renewable Energy Laboratory (NREL) des US-Energieministeriums haben eine bedeutende Entdeckung im Bereich der Optoelektronik gemacht. Ein Team unter der Leitung von Matthew Beard hat chirale Perowskite mit III-V-Halbleitern kombiniert, um eine LED zu entwickeln, die bei Raumtemperatur den Elektronenspin steuern kann. Dies könnte zu neuen Fortschritten bei Geräten wie LEDs, Solarzellen und Telekommunikationslasern führen.

Zu den wichtigsten Erfolgen zählen:

• Kombination einer Perowskit-Schicht mit einem III-V-Halbleiter.
• Herstellung von LEDs, die bei Raumtemperatur spin-kontrollierte Photonen emittieren.
• Beseitigung der Notwendigkeit für Magnetfelder oder ferromagnetische Kontakte.
• Steigerung des Polarisationsgrades im emittierten Licht.

Das Team hatte zuvor daran gearbeitet, den Elektronenspin mithilfe von Schichtmaterialien zu verändern. Dadurch konnten sie Elektronen nach ihrer Spinrichtung sortieren. Nun haben sie ihre Forschung weiterentwickelt und diese Materialien in kommerziellen LEDs verwendet. Durch das Hinzufügen von III-V-Halbleitern gelang es ihnen, die Polarisation von 2,6 % auf 15 % zu steigern.

Diese Forschung wurde vom Center for Hybrid Organic Inorganic Semiconductors for Energy (CHOISE) gefördert, welches vom Energieministerium unterstützt wird. Experten der Colorado School of Mines, der Universität von Utah, der University of Colorado Boulder und der Université de Lorraine in Frankreich brachten ihr Fachwissen in diese Studie ein.

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Es gibt eine Möglichkeit, die Verarbeitungsgeschwindigkeit von Daten zu erhöhen und den Energieverbrauch zu senken. Traditionelle Technologien steuern hauptsächlich die Ladung von Elektronen und vernachlässigen oft deren Spin. Aber auch der Spin der Elektronen kann kontrolliert und genutzt werden. Dies könnte zu neuen Effekten und Funktionen in optoelektronischen Geräten führen.

Chiralität ist ein zentrales Merkmal des neuen Materials. Chiral aufgebaute Strukturen sind nicht deckungsgleich mit ihren Spiegelbildern. Ein "linkshändiges" chirales System könnte beispielsweise nur Elektronen mit "aufwärts"-Spin passieren lassen und Elektronen mit "abwärts"-Spin blockieren, oder umgekehrt. Diese Eigenschaft ermöglicht es dem Material, Elektronenspin in polarisiertes Licht umzuwandeln, was seine Effizienz und Funktionalität verbessert.

Neue Fortschritte lassen vermuten, dass wir bald optoelektronische Geräte haben werden, die schneller, effizienter und mit neuen Fähigkeiten ausgestattet sind, dank einer besseren Kontrolle und eines verbesserten Verständnisses des Elektronenspins. Die Kombination von chiralen Perowskiten mit III-V-Halbleitern könnte viele Technologiebereiche revolutionieren.