Оптоэлектроника усиливает управление спином от хиральных перовскитов и полупроводников III - V типа

Светодиодная схема и характеристика интерфейса.Кредит: природа (2024).Doi: 10.1038/s41586-024-07560-4

Исследовательские усилия, возглавляемые учеными из Национальной лаборатории возобновляемой энергии (NREL) Министерства энергетики США (NREL)

Исследователи, чьи предыдущие инновации включали в себя включение слоя перовскита, который позволил создать новый тип поляризованного светодиода (светодиод), который излучает контролируемые спином фотоны при комнатной температуре без использования магнитных полей или ферромагнитных контактов.Шаг дальше, интегрируя оптоэлектронную структуру с полупроводникой III-V с полупроводником хирального галогенида.

То есть они превратили существующий коммерциализированный светодиод в тот, который также контролирует вращение электронов.Результаты обеспечивают путь к преобразованию современной оптоэлектроники, поле, которое опирается на контроль света и охватывает светодиоды, солнечные элементы и телекоммуникационные лазеры, среди других устройств.

«Это связано с воображением, куда это может пойти или где это может оказаться»,-сказал Мэтью Бород, старший научный сотрудник NREL и соавтор статьи «Природа» под названием «Инъекция спиновой температуры комнатной температуры через хирал-перовский/III-V Интерфейс. ”

Борода также является директором Центра гибридных органических неорганических полупроводников для энергии (выбор).Исследование основывалось на широком спектре научной экспертизы, взятой из Nrel, Колорадской школы шахт, Университета штата Юта, Университета Колорадо Боулдер и Университета де Лорейн во Франции.

Целью выбора является понимание контроля над соединением заряда, спина и света с использованием тщательно разработанных химических систем.В частности, работа фокусируется на контроле над электроном, который может быть «вверх» или «вниз».

Большинство текущих оптоэлектронных устройств полагаются на взаимодействие между зарядом и светом.Тем не менее, SPIN - это еще одно свойство электронов, и контроль над спином может позволить широкому количеству новых эффектов и функциональности.Исследователи опубликовали статью в 2021 году, в которой они сообщили, как, используя два различных слоя перовскита, они смогли контролировать вращение, создав фильтр, который блокирует электроны «вращение» в неправильном направлении.

В то время они предполагали, что достижения могут быть достигнуты в оптоэлектронике, если они могли бы успешно включить два полупроводника, а затем продолжили это сделать.Сделанные прорывы, которые включают в себя устранение необходимости температуры в подземелете Цельсиса, могут использоваться для увеличения скорости обработки данных и уменьшения объема необходимой мощности.

«Большинство текущих дневных технологий основаны на контроле заряда»,-сказал Берда.«Большинство людей просто забывают о спине электронов, но спин очень важен, и это также еще один параметр, который можно контролировать и использовать».

Манипулирование спином электронов в полупроводнике ранее требовало использования ферромагнитных контактов под приложенным магнитным полем.Используя хиральные перовскиты, исследователи смогли трансформировать светодиод в тот, который излучает поляризованный свет при комнатной температуре и без магнитного поля.Хиральность относится к структуре материала, которая не может быть наложена на его зеркальное изображение, например, рука.

Например, «левша», ориентированная на хиральную систему, может позволить транспортировку электронов с спинами «вверх», но блокируют электроны с спинами «вниз», и наоборот.Спин электрона затем преобразуется в «спин» или поляризацию испускаемого света.

Степень поляризации, которая измеряет интенсивность света, которая поляризована в одном направлении, достигла около 2,6% в предыдущем исследовании.Добавление полупроводника III -V, которое сделано из материалов в третьей и пятой колонках периодической таблицы, пришло в поляризацию примерно до 15%.Степень поляризации служит прямой мерой накопления спина в светодиоде.

«Эта работа мне особенно интересна, поскольку она сочетает в себе функциональность спины с традиционной светодиодной платформой», - сказал первый автор работы Мэтью Хауцингер.

«Вы можете купить светодиодный, аналогичный тому, что мы использовали за 14 центов, но с помощью хирального перовскита мы превратили и без того надежную (и хорошо понятную) технологию в футуристическое устройство спинового контроля».

More information: Matthew P. Hautzinger et al, Room-temperature spin injection across a chiral perovskite/III–V interface, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07560-4