美国团队开发控制电子自旋的新型LED

结合III-V族半导体和手性卤化物钙钛矿，美国国家再生能源实验室（NREL）科学家开发出一种新的自旋控制LED，控制电子自旋在室温下发射偏振光，可能彻底改变光电领域。

当今多数光电设备都是基于控制电荷，但多数人忘记了另一个也能控制以提高光电设备性能效率的参数：电子自旋。

自旋控制LED是一种利用自旋电子学原理操控LED（发光二极管）发光特性的技术，通过改变电子自旋状态来调整光的发射，从而实现更高效光源或显示成果。

2021年，美国国家再生能源实验室（NREL）研究人员发布过一篇论文，解释如何使用两个钙钛矿层创建阻止电子向错误方向“旋转”的过滤器，制造出一种新型偏振发光二极管控制电子自旋，该二极管能在室温下发射自旋控制的光子，不需经过磁场或铁磁接触，而当时研究取得的突破还包括消除零下低温需求，提高数据处理速度并减少耗电量。

最近，研究团队再成功集成III-V半导体光电结构与手性卤化物钙钛矿半导体，或者说将现有商业化LED改造成也能控制电子自旋的LED。

提高光电转换效率

手性是指材料结构不能与其镜像叠加，比如“左手”取向的手性系统能允许“向上”自旋的电子传输，但会阻止“向下”自旋的电子，反之亦然。由于手性结构可调控光的偏振性，利用手性钙钛矿，电子自旋被转换为发射光的自旋或偏振，研究人员便能将LED转变为在室温且无磁场情况下发射偏振光的LED。

先前测得的光偏振度达约2.6%，现在，借由添加由元素周期表第三列、第五列材料制成的III-V族半导体（如砷化镓、磷化铟），团队将极化率提高至约15%，偏振度可直接测量LED中的自旋累积。

从LED显示器、太阳能电池到激光光学组件，新研究将为许多现代光电设备提供新转型途径，结合手性钙钛矿的光吸收特性与III-V族半导体高性能，将提升整体设备光电转换效率。

此外，手性钙钛矿制备成本相对较低，与III-V族半导体结合可能降低整体设备生产成本。

新论文发表在《自然》（Nature）期刊。