Doorbraak in opto-elektronica: spinbesturing met chirale perovskieten en iii-v-halfgeleiders

AmsterdamWetenschappers van het National Renewable Energy Laboratory (NREL) van het Amerikaanse Ministerie van Energie hebben belangrijke vooruitgang geboekt op het gebied van opto-elektronica. Ze combineerden een type halfgeleider, bekend als III-V, met een bijzonder materiaal genaamd chiraal halide perovskiet. Deze nieuwe combinatie heeft een gewone LED getransformeerd in een apparaat dat elektronenspin kan beheren zonder het gebruik van magnetische velden.

Dit heeft het team bereikt:

• Een gepolariseerde LED gecreëerd met een perovskietlaag.
• Een III-V halfgeleider geïntegreerd met chiraal perovskiet.
• Spincontrole bereikt bij kamertemperatuur.

Deze nieuwe technologie kan opto-elektronica revolutioneren en invloed hebben op apparaten zoals LED's, zonnecellen en telecommunicatielasers.

CHOISE financierde het onderzoek waar experts van NREL, Colorado School of Mines, Universiteit van Utah, Universiteit van Colorado Boulder en de Université de Lorraine in Frankrijk bij betrokken waren.

CHOISE onderzoekt hoe lading, spin en licht in elkaar overgaan door het gebruik van chemische stoffen. De focus ligt vooral op het beheersen van de spin van elektronen, die 'omhoog' of 'omlaag' kunnen zijn.

Lees ook:

Vandaag · 09:56

Doorbraak in orgaanacceptatie met nanotechnologie en immunotherapie

De meeste moderne apparaten zetten lading om in licht en vice versa. Door spincontroletechnologie toe te voegen, ontstaan er nieuwe effecten en toepassingen. Volgens Beard negeren mensen vaak de spin van een elektron. Toch is dit een belangrijk aspect dat beheerst kan worden.

In 2021 gebruikten onderzoekers twee soorten perovskietlagen om spin te beheren. Ze bouwden een filter om elektronen met de verkeerde spin te blokkeren. Ze vermoedden dat het gebruik van de twee halfgeleiders de opto-elektronica zou kunnen verbeteren. Recente doorbraken bevestigen dat hun vermoeden juist was.

Door perovskieten te combineren met III-V halfgeleiders, zijn zeer lage temperaturen niet meer nodig. Dit verbetert de gegevensverwerking en vermindert het energieverbruik. De toevoeging van de III-V halfgeleider verhoogde de polarisatie tot ongeveer 15%, wat de spinaccumulatie in de LED bevordert.

Matthew Hautzinger, de hoofdonderzoeker, is enthousiast over het toevoegen van spinfunctionaliteit aan een gewone LED. Hij gaf aan dat het type LED dat zij gebruikten ongeveer 14 cent kost. Door de toevoeging van chirale perovskiet verandert dit in een apparaat dat spin kan controleren.