美團隊開發控制電子自旋的新型 LED，為現代光電設備提供轉型途徑

結合 III-V 族半導體和手性鹵化物鈣鈦礦，美國國家再生能源實驗室（NREL）科學家開發出一種新的自旋控制 LED，控制電子自旋在室溫下發射偏振光，可能徹底改變光電領域。

當今多數光電設備都是基於控制電荷，但多數人忘記了另一個也能控制以提高光電設備性能效率的參數：電子自旋。

自旋控制 LED 是一種利用自旋電子學原理操控 LED（發光二極體）發光特性的技術，透過改變電子自旋狀態來調整光的發射，從而實現更高效光源或顯示成果。

2021 年，美國國家再生能源實驗室（NREL）研究人員發表過一篇論文，解釋如何使用兩個鈣鈦礦層建立阻止電子向錯誤方向「旋轉」的過濾器，製造出一種新型偏振發光二極體控制電子自旋，該二極體能在室溫下發射自旋控制的光子，不需經過磁場或鐵磁接觸，而當時研究取得的突破還包括消除零下低溫需求，提高資料處理速度並減少耗電量。

最近，研究團隊再成功整合 III-V 半導體光電結構與手性鹵化物鈣鈦礦半導體，或者說將現有商業化 LED 改造成也能控制電子自旋的 LED。

提高光電轉換效率

手性是指材料結構不能與其鏡像疊加，比如「左手」取向的手性系統能允許「向上」自旋的電子傳輸，但會阻止「向下」自旋的電子，反之亦然。由於手性結構可調控光的偏振性，利用手性鈣鈦礦，電子自旋被轉換為發射光的自旋或偏振，研究人員便能將 LED 轉變為在室溫且無磁場情況下發射偏振光的 LED。

先前測得的光偏振度達約 2.6%，現在，藉由添加由元素週期表第三列、第五列材料製成的 III-V 族半導體（如砷化鎵、磷化銦），團隊將極化率提高至約 15%，偏振度可直接測量 LED 中的自旋累積。

從 LED 顯示器、太陽能電池到雷射光學元件，新研究將為許多現代光電設備提供新轉型途徑，結合手性鈣鈦礦的光吸收特性與 III-V 族半導體高效能，將提升整體設備光電轉換效率。

此外，手性鈣鈦礦製備成本相對較低，與 III-V 族半導體結合可能降低整體設備生產成本。

新論文發表在《自然》（Nature）期刊。

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（首圖來源：pixabay）