L'optoelettronica avanza con perovskiti chirali e semiconduttori III-V: scoperte rivoluzionarie all'NREL

RomeScienziati del National Renewable Energy Laboratory (NREL) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno fatto una grande scoperta nel campo dell'optoelettronica. Il team guidato da Matthew Beard ha combinato perovskiti chirali con semiconduttori III-V per creare un LED capace di gestire lo spin degli elettroni a temperatura ambiente. Questa innovazione potrebbe portare a nuovi progressi in dispositivi come LED, celle solari e laser per telecomunicazioni.

Principali traguardi raggiunti:

• Integrando uno strato di perovskite con un semiconduttore III-V.
• Realizzando LED che emettono fotoni controllati dallo spin a temperatura ambiente.
• Eliminando la necessità di campi magnetici o contatti ferromagnetici.
• Migliorando il grado di polarizzazione della luce emessa.

Il team aveva in precedenza lavorato sulla manipolazione dello spin degli elettroni utilizzando materiali stratificati, il che consentiva loro di differenziare gli elettroni in base alla direzione del loro spin. Ora hanno portato avanti la loro ricerca applicando questi materiali nei LED commerciali. Grazie all'aggiunta di semiconduttori III-V, hanno ottenuto unaumento della polarizzazione dal 2,6% al 15%.

Il lavoro ha ricevuto finanziamenti dal Centro per i Semiconduttori Organici e Inorganici Ibridi per l'Energia (CHOISE), con il supporto del Dipartimento dell'Energia. Studiosi della Colorado School of Mines, dell'Università dello Utah, dell'Università del Colorado Boulder e dell'Université de Lorraine in Francia hanno apportato il loro contributo alla ricerca.

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È possibile aumentare la velocità di elaborazione dei dati e ridurre il consumo di energia. La tecnologia tradizionale regola principalmente la carica degli elettroni, spesso trascurandone lo spin. Tuttavia, lo spin degli elettroni può essere controllato e utilizzato, aprendo la strada a nuovi effetti e funzionalità nei dispositivi optoelettronici.

La chiralità rappresenta una caratteristica fondamentale del nuovo materiale. Le strutture chirali non possono combaciare esattamente con le loro immagini speculari. Per esempio, un sistema "mancino" potrebbe permettere il passaggio solo degli elettroni con spin "su", bloccando quelli con spin "giù", oppure viceversa. Questa proprietà consente al materiale di convertire lo spin degli elettroni in luce polarizzata, migliorandone così l'efficienza e la funzionalità.

Recenti progressi suggeriscono che presto potremmo disporre di dispositivi optoelettronici più veloci, efficienti e dotati di nuove funzionalità, grazie a un migliore controllo e comprensione dello spin elettronico. L'integrazione di perovskiti chirali con semiconduttori III-V potrebbe rivoluzionare molti settori tecnologici.