키랄 페로브스카이트와 III-V 반도체로 전자 스핀 제어 진전, 광전자 공학 혁신

Seoul미국 에너지부의 국립 재생 에너지 연구소(NREL)의 과학자들이 광전자 분야에서 중요한 발견을 했습니다. 매튜 비어드가 이끄는 연구팀은 편광 페로브스카이트를 III-V 반도체와 혼합하여 실온에서 전자의 스핀을 제어할 수 있는 LED를 개발했습니다. 이번 발견은 LED, 태양 전지, 통신 레이저와 같은 장치의 새로운 발전을 이어질 수 있을 것입니다.

주요 성과로는 다음과 같은 것들이 있습니다:

• 페로브스카이트 층을 III-V 반도체와 결합합니다.
• 실온에서 스핀 제어 가능한 광자를 발산하는 LED를 제작합니다.
• 자기장이나 강자성 접촉이 필요 없도록 합니다.
• 방출된 빛의 편광도를 향상시킵니다.

이 팀은 이전에 층상 물질을 사용하여 전자의 스핀을 바꾸는 연구를 진행했으며, 이를 통해 전자를 스핀 방향에 따라 분류할 수 있었습니다. 최근에는 이러한 물질을 상용 LED에 적용하여 연구를 발전시켰습니다. III-V 반도체를 추가함으로써 편광을 2.6%에서 15%로 증가시켰습니다.

이 연구는 에너지부의 지원을 받는 에너지용 하이브리드 유기 무기 반도체 센터 (CHOISE)로부터 자금을 제공받았습니다. 이 연구에는 콜로라도 광업학교, 유타 대학교, 콜로라도 대학교 볼더, 그리고 프랑스의 로렌 대학교의 연구자들이 전문 지식을 기여했습니다.

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데이터 처리 속도를 향상시키고 전력 소비를 줄일 가능성이 있습니다. 전통적인 기술은 주로 전자의 전하를 제어하는 데 집중하며, 전자의 스핀을 간과하는 경우가 많습니다. 하지만 전자의 스핀 역시 제어할 수 있으며 활용될 수 있습니다. 이는 광전자 기기에서 새로운 효과와 기능을 이끌어낼 수 있습니다.

새로운 물질의 중요한 특징은 키랄성입니다. 키랄 구조는 자신의 거울상과 정확히 일치할 수 없습니다. 예를 들어, "왼손잡이" 키랄 시스템은 "업" 스핀 전자는 통과시키지만 "다운" 스핀 전자는 차단하거나 그 반대로 작동할 수 있습니다. 이러한 속성은 물질이 전자 스핀을 편광된 빛으로 변환할 수 있게 하여 효율성과 기능성을 향상시킵니다.

최근의 발전에 따르면, 전자 스핀에 대한 향상된 제어와 이해를 바탕으로 곧 더 빠르고 효율적이며 새로운 기능을 제공하는 광전기 장치가 나올 것으로 보입니다. 키랄 페로브스카이트와 III-V 반도체를 결합하면 많은 기술 분야에서 혁신을 가져올 수 있습니다.