Optoelektronik får ny spinnkontroll med kirala perovskiter och III-V halvledare

StockholmForskare vid det amerikanska energidepartementets laboratorium för förnybar energi (NREL) har gjort en viktig upptäckt inom optoelektronik. Ett team under ledning av Matthew Beard har kombinerat kirala perovskiter med III-V halvledare för att skapa en LED som kan hantera elektronspinn vid rumstemperatur. Detta kan leda till nya framsteg i enheter som lysdioder, solceller och telekommunikationslasrar.

Viktiga prestationer inkluderar:

• Kombinera ett perovskitskikt med en III-V halvledare.
• Skapa lysdioder som avger spinkontrollerade fotoner vid rumstemperatur.
• Eliminera behovet av magnetfält eller ferromagnetiska kontakter.
• Öka graden av polarisation i det emitterade ljuset.

Teamet hade tidigare arbetat med att ändra elektronspin genom att använda lagerstrukturerade material. Detta gjorde det möjligt för dem att sortera elektroner baserat på deras spinriktning. Nu har de tagit sin forskning ett steg längre genom att använda dessa material i kommersiella lysdioder. Genom att lägga till III-V halvledare har de ökat polarisationen från 2,6% till 15%.

Detta arbete fick finansiering från Center for Hybrid Organic Inorganic Semiconductors for Energy (CHOISE), som stöds av energidepartementet. Forskare från Colorado School of Mines, University of Utah, University of Colorado Boulder och Université de Lorraine i Frankrike bidrog med sin expertis till studien.

Läs också:

Idag · 20:04

Litet chip styr ljus för biologisk styrning

Det finns en möjlighet att öka databehandlingshastigheter och minska strömförbrukning. Traditionell teknologi kontrollerar främst elektronernas laddning och bortser ofta från deras spin. Men elektronernas spin kan också kontrolleras och utnyttjas. Detta skulle kunna leda till nya effekter och egenskaper i optoelektroniska enheter.

Kiralitet är en viktig egenskap hos det nya materialet. Kirala strukturer kan inte exakt matcha sina spegelbilder. Till exempel kan ett "vänsterhänt" kiralt system låta endast elektroner med "upp" spin passera och blockera dem med "ner" spin, eller tvärtom. Denna egenskap gör det möjligt för materialet att omvandla elektronspin till polariserat ljus, vilket ökar dess effektivitet och funktionalitet.

Nya framsteg tyder på att vi snart kan ha optoelektroniska enheter som är snabbare, mer effektiva och erbjuder nya funktioner tack vare bättre kontroll och förståelse av elektronspinn. Genom att kombinera kirala perovskiter med III-V halvledare kan många teknikområden förändras.