Avancée révolutionnaire : contrôle du spin via pérovskites chirales et semiconducteurs III-V

ParisLes chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL) du Département de l'Énergie des États-Unis ont réalisé des avancées significatives en optoélectronique. Ils ont utilisé une combinaison d'un type de semi-conducteur appelé III-V et d'un matériau spécial nommé pérovskite halogénée chirale. Cette nouvelle association a transformé une LED ordinaire en un dispositif capable de contrôler le spin des électrons sans recourir à des champs magnétiques.

Voici les accomplissements de l'équipe :

• Développement d'une LED polarisée utilisant une couche de pérovskite.
• Intégration d'un semi-conducteur III-V et d'une pérovskite chirale.
• Obtention du contrôle du spin à température ambiante.

Cette technologie innovante pourrait révolutionner l'optoélectronique, affectant des dispositifs tels que les LEDs, les cellules solaires et les lasers de télécommunications.

Matthew Beard, chercheur principal au NREL, a coécrit un article publié dans Nature intitulé « Injection de spin à température ambiante à travers une interface chiral-pérovskite/III-V. » Il dirige également le Center for Hybrid Organic Inorganic Semiconductors for Energy (CHOISE), financé par le Bureau des sciences de l'énergie de base au sein du DOE.

CHOISE a financé les recherches, qui ont impliqué des spécialistes du NREL, de la Colorado School of Mines, de l'Université de l'Utah, de l'Université du Colorado à Boulder et de l'Université de Lorraine en France.

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CHOISE explore comment la charge, le spin et la lumière peuvent se transformer les uns en les autres à l'aide de substances chimiques. Il se concentre principalement sur la manipulation du spin des électrons, qui peut être soit "vers le haut" soit "vers le bas."

La plupart des dispositifs modernes transforment la charge en lumière et vice versa. L’ajout du contrôle du spin permet de générer de nouveaux effets et applications. Selon Beard, le spin de l’électron est souvent négligé, mais c’est un facteur crucial qui peut être maîtrisé.

En 2021, des chercheurs ont utilisé deux types de couches de pérovskite pour contrôler le spin. Ils ont construit un filtre afin de bloquer les électrons avec le mauvais spin. Ils pensaient que l'utilisation de ces deux semiconducteurs pouvait améliorer les optoélectroniques. Les avancées récentes confirment qu'ils avaient raison.

Associer les pérovskites avec des semi-conducteurs III-V supprime le besoin de températures très basses. Cette innovation améliore le traitement des données et réduit la consommation d'énergie. L'ajout des semi-conducteurs III-V a augmenté la polarisation à environ 15%, ce qui améliore l'accumulation de spin dans la DEL.

Matthew Hautzinger, l'auteur principal, s'enthousiasme pour l'intégration de la fonctionnalité de spin dans une LED ordinaire. Il a précisé que le type de LED utilisé coûte environ 14 centimes. L'ajout de pérovskite chirale la transforme en un dispositif capable de contrôler le spin.