Les pérovskites chirales et les semi-conducteurs III-V révolutionnent l'optoélectronique

ParisLes chercheurs du Laboratoire National des Énergies Renouvelables (NREL) du Département de l'Énergie des États-Unis ont fait une grande découverte en optoélectronique. Une équipe dirigée par Matthew Beard a combiné des pérovskites chirales avec des semi-conducteurs III-V pour créer une LED capable de gérer le spin des électrons à température ambiante. Cette avancée pourrait mener à de nouvelles innovations dans les dispositifs tels que les LED, les cellules solaires et les lasers de télécommunications.

Réalisations notables :

• Associer une couche de pérovskite avec un semi-conducteur III-V.
• Développer des LEDs émettant des photons à spin contrôlé à température ambiante.
• Éliminer le besoin de champs magnétiques ou de contacts ferromagnétiques.
• Améliorer le degré de polarisation de la lumière émise.

L’équipe avait auparavant travaillé sur la modification du spin des électrons grâce à des matériaux en couches, ce qui leur permettait de trier les électrons selon la direction de leur spin. Désormais, ils ont fait progresser leur recherche en utilisant ces matériaux dans des LEDs commerciales. En ajoutant des semi-conducteurs III-V, ils ont accru la polarisation de 2,6 % à 15 %.

Ce projet a été financé par le Center for Hybrid Organic Inorganic Semiconductors for Energy (CHOISE), avec le soutien du Département de l'Énergie. Des chercheurs de la Colorado School of Mines, de l'Université de l'Utah, de l'Université du Colorado Boulder et de l'Université de Lorraine en France ont apporté leur expertise à cette étude.

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Il est possible d'augmenter les vitesses de traitement des données tout en réduisant la consommation d'énergie. La technologie traditionnelle se concentre principalement sur le contrôle de la charge des électrons, négligeant souvent leur spin. Or, le spin des électrons peut également être manipulé et utilisé. Cela pourrait engendrer de nouveaux effets et fonctionnalités dans les dispositifs optoélectroniques.

La chiralité est une caractéristique essentielle du nouveau matériau. Les structures chirales ne peuvent pas être superposées à leurs images miroir. Par exemple, un système chiral "gaucher" pourrait laisser passer uniquement les électrons à spin "haut" et bloquer ceux à spin "bas", ou inversement. Cette propriété permet au matériau de convertir le spin des électrons en lumière polarisée, augmentant ainsi son efficacité et sa fonctionnalité.

Les avancées récentes laissent entrevoir l'arrivée imminente de dispositifs optoélectroniques plus rapides, plus efficaces et dotés de nouvelles fonctionnalités, grâce à une meilleure maîtrise et compréhension du spin électronique. L'association des pérovskites chirales avec les semi-conducteurs III-V pourrait révolutionner de nombreux domaines technologiques.