發(fā)光二極管（LED）的出現(xiàn)，徹底改變了顯示器行業(yè)。LED使用電流產(chǎn)生可見光，而不會產(chǎn)生傳統(tǒng)燈泡中多余的熱量（稱為電致發(fā)光）。這一突破帶來了令人期待的屏幕高清視覺體驗。

現(xiàn)在，一組物理學(xué)家和化學(xué)家開發(fā)了一種新型的LED，該LED利用自旋電子學(xué)而無需磁場、磁性材料或低溫條件。這讓LED技術(shù)時間了一個“量子飛躍”，可以將顯示水平提升到一個新的水平。

使用LED制造電視或計算機(jī)顯示器的公司不想處理磁場和磁性材料的問題。因為這樣做繁重且價格昂貴。猶他大學(xué)杰出的物理學(xué)和天文學(xué)教授瓦里·瓦爾登尼（Vary Vardeny）說。現(xiàn)在，手性分子會像士兵一樣自組裝成站立的陣列，這些陣列會主動旋轉(zhuǎn)極化注入的電子，從而導(dǎo)致圓極化的光發(fā)射。沒有磁場，不需要昂貴的鐵磁體，也不需要極低的溫度。

大多數(shù)光電設(shè)備（例如LED）僅控制電荷和光，而不控制電子的自旋。電子擁有微小的磁場，就像地球一樣，在相反的兩側(cè)都有磁極。它的自旋可以看作是極點(diǎn)的方向，可以分配二進(jìn)制信息-“向上”自旋是“ 1”，“向下”自旋是“ 0”。相反，常規(guī)電子設(shè)備僅通過電子脈沖沿著導(dǎo)線傳輸信息，以“ 1s”和“ 0s”傳遞消息。但是，自旋電子設(shè)備可以同時使用這兩種方法，有望比傳統(tǒng)電子設(shè)備處理成倍增長的信息。

鈣鈦礦手性過濾器的多層示意圖。 每層具有不同的量子性質(zhì)。右側(cè)顯示了所產(chǎn)生的光子偏振光路徑的示意圖，該光子以順時針或逆時針螺旋路徑移動，具體取決于層的手性。

從下到上：

第一層是半透明陽極，例如ITO，它以一定的自旋注入非極化的“空穴”，即電子的量子特征。

第二層是二維手性雜化鈣鈦礦，它是一種活性自旋過濾器，取決于手性分子的螺旋度，僅允許具有特定自旋的空穴通過。

第三層是發(fā)射體膜，由非手性無機(jī)鈣鈦礦如CsPbBr3組成。

第四和第五層是注入自旋向上和向下旋轉(zhuǎn)的電子的陰極。只有自旋向下的電子與自旋向上注入的空穴復(fù)合，以產(chǎn)生螺旋度依賴于二維有機(jī)和無機(jī)層中手性分子螺旋度的圓偏振光。

商業(yè)自旋電子學(xué)的一個障礙是設(shè)定電子自旋。當(dāng)前，需要產(chǎn)生一種磁場來定向電子自旋方向。

猶他大學(xué)和國家可再生能源實驗室（NREL）的研究人員開發(fā)了一種技術(shù)，該技術(shù)可作為一種有源自旋過濾器，該過濾器由兩層稱為手性二維金屬鹵化物鈣鈦礦的材料制成。第一層阻止電子以錯誤的方向自旋，這一層被作者稱為手性感應(yīng)自旋濾波器。然后，當(dāng)剩余的電子穿過第二個鈣鈦礦發(fā)光層時，它們使該層產(chǎn)生沿螺旋路徑一致移動的光子，而不是傳統(tǒng)的波型，從而產(chǎn)生圓極化電致發(fā)光。

該研究于2021年3月12日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。來自猶他大學(xué)物理與天文學(xué)系的Vardeny和Pan Pan是該研究的合著者。

上圖是圓偏振光示意圖。顯示了圓偏振光子路徑的動畫。 它遵循螺旋路徑。