发光二极管（LED）彻底改变了显示器行业。LED使用电流产生可见光，而不会产生传统灯泡中多余的热量（称为电致发光）。
这一突破带来了令人期待的屏幕高清视觉体验中国机械网okmao.com。现在，一组物理学家和化学家开发了一种新型的LED，该LED利用自旋电子学而无需磁场，磁性材料或低温。一种“量子飞跃”，可以将显示提升到一个新的水平。
犹他大学物理与天文学教授瓦里·瓦尔登尼（Vary Vardeny）说：“制造LED或电视和计算机显示器的公司不想处理磁场和磁性材料。这样做既繁琐又昂贵。”
“在这里，手性分子像士兵一样自组装成站立的阵列，它们主动旋转极化注入的电子，从而导致圆极化的光发射。
没有磁场，不需要昂贵的铁磁体，也不需要极低的温度。那些对这个行业来说是禁忌。”
大多数光电设备（例如LED）仅控制电荷和光，而不控制电子的自旋。电子拥有微小的磁场，就像地球一样，在相反的两侧都有磁极。
它的自旋可以看作是极点的方向，可以分配二进制信息-“向上”自旋为“ 1”，“向下”自旋为“ 0”。相反，常规电子设备仅通过电子脉冲沿着导线传输信息，以“ 1s”和“ 0s”传达消息。但是，自旋电子设备可以同时使用这两种方法，有望比传统电子设备处理成倍增长的信息。
商业自旋电子学的一个障碍是设定电子自旋。当前，需要产生一种磁场来定向电子自旋方向。犹他大学和国家可再生能源实验室（NREL）的研究人员开发了一种技术，该技术可作为一种有源自旋过滤器，该过滤器由两层称为手性二维金属卤化物钙钛矿的材料制成。
第一层阻止电子以错误的方向自旋，这一层被作者称为手性感应自旋滤波器。然后，当剩余的电子穿过第二个发光钙钛矿层时，它们使该层产生沿螺旋路径一致移动的光子，而不是传统的波型，从而产生圆极化电致发光。
该研究于2021年3月12日发表在《科学》杂志上。
左手，右手分子
科学家利用一种称为手性的特性来描述特定类型的几何形状。人的手就是一个典型的例子。右手和左手布置成彼此的镜子，但无论方向如何，它们都不会完美对齐。一些化合物（例如DNA，糖和手性金属卤化物钙钛矿）的原子呈手性对称排列。“左手”取向的手性系统可以允许电子以“上”自旋传输，但阻止电子以“下”自旋，反之亦然。
Vardeny说：“如果试图通过这些化合物传输电子，那么电子自旋将与材料的手性对齐。” 确实存在其他自旋滤波器，但它们要么需要某种磁场，要么只能在较小的区域内操纵电子。“我们使用的钙钛矿材料的美丽之处在于它是二维的-您可以准备许多面积为1 cm2的平面，其中包含十亿个（1015）站立分子中的百万个具有相同的手性。”
如今，金属卤化物钙钛矿半导体主要用于太阳能电池，因为它们在将阳光转化为电能方面非常高效。由于太阳能电池是所有半导体中最苛刻的应用之一，因此科学家发现还存在其他用途??，包括自旋LED。
新论文和NREL科学家的合著者约瑟夫·路德说：“我们正在探索金属卤化物钙钛矿的基本特性，这使我们能够发现光伏以外的新应用。” “由于金属卤化物钙钛矿和其他相关的金属卤化物有机杂化物是一些最引人入胜的半导体，它们表现出许多可用于转化能量的新颖现象。”
尽管金属卤化物钙钛矿首先证明了手性混合器件是可行的，但它们并不是自旋LED的唯一候选者。有源自旋滤波器的通式是一层有机手性材料，另一层无机金属卤化物（例如碘化铅），另一层有机层，无机层等。
“这很漂亮。我希望有人会提出另一种可以做类似事情的二维有机/无机层材料。在这个阶段，这是非常普遍的。我相信随着时间的流逝，有人会发现一种不同的二维手性材料将更加高效。”
该概念证明，使用这两个二维手性混合系统可以控制无磁体的自旋，并且“对基于量子的光学计算，生物编码和层析成像等应用具有广泛的意义”，高级研究员兼Matthew主任Matthew Beard说道。混合有机无机半导体能源中心。
犹他大学物理与天文学系的Vardeny和Pan Pan是该研究的合著者。NREL的其他合著者为Beard，Young-Hoon Kim，翟亚新，Lu Haipeng Lu，Chuanxiao Xiao，E.Ashley Gaulding，Steven Harvey和Joseph Berry。所有这些都是CHOISE合作的一部分，CHOISE是美国能源部科学办公室资助的能源前沿研究中心（EFRC）。