新型钙钛矿LED利用自旋电子发出圆偏振光

发光二极管（LED）的出现，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。

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、磁性材料或低温条件。这让LED技术时间了一个“量子飞跃”，可以将显示水平提升到一个新的水平。

使用LED制造电视或计算机显示器的公司不想处理磁场和磁性材料的问题。因为这样做繁重且价格昂贵。犹他大学杰出的物理学和天文学教授瓦里·瓦尔登尼（Vary Vardeny）说。现在，手性分子会像士兵一样自组装成站立的阵列，这些阵列会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。

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”自旋是“ 1”，“向下”自旋是“ 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”传递消息。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。

钙钛矿手性过滤器的多层示意图。 每层具有不同的量子性质。右侧显示了所产生的光子偏振光路径的示意图，该光子以顺时针或逆时针螺旋路径移动，具体取决于层的手性。

从下到上：

第一层是半透明阳极，例如ITO，它以一定的自旋注入非极化的“空穴”，即电子的量子特征。

第二层是二维手性杂化钙钛矿，它是一种活性自旋过滤器，取决于手性分子的螺旋度，仅允许具有特定自旋的空穴通过。

第三层是发射体膜，由非手性无机钙钛矿如CsPbBr3组成。

第四和第五层是注入自旋向上和向下旋转的电子的阴极。只有自旋向下的电子与自旋向上注入的空穴复合，以产生螺旋度依赖于二维有机和无机层中手性分子螺旋度的圆偏振光。

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钙钛矿发光层时，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。来自犹他大学物理与天文学系的Vardeny和Pan Pan是该研究的合著者。

上图是圆偏振光示意图。显示了圆偏振光子路径的动画。 它遵循螺旋路径。