結合III-V族半導體和手性鹵化物鈣鈦礦，美國國家再生能源實驗室（NREL）科學家開發出一種新的自旋控制LED，控制電子自旋在室溫下發射偏振光，可能徹底改變光電領域。

現今多數光電設備都是基於控制電荷，但多數人忘記了另一個也能控制以提高光電設備性能效率的參數：電子自旋。

自旋控制LED是一種利用自旋電子學原理操控LED（發光二極體）發光特性的技術，透過改變電子自旋狀態來調整光的發射，進而達到更有效率光源或顯示成果。

2021年，美國國家再生能源實驗室（NREL）研究人員發表一篇論文，解釋如何使用兩個鈣鈦礦層建立阻止電子向錯誤方向「旋轉」的過濾器，製造出一種新型偏振發光二極管控制電子自旋，此二極體能在室溫下發射自旋控制的光子，不需經過磁場或鐵磁接觸，而當時研究的突破還包括消除零下低溫需求，提高資料處理速度並減少耗電量。

最近，研究團隊再成功整合III-V半導體光電結構與手性鹵化物鈣鈦礦半導體，或將現有商業化LED改造成也能控制電子自旋的LED。

圖片來源：拍信網正版圖庫

提高光電轉換效率

手性是指材料結構不能與其鏡像疊加，例如「左手」取向的手性系統能允許「向上」自旋的電子傳輸，但會阻止「向下」自旋的電子，反之亦然。由於手性結構可調控光的偏振性，利用手性鈣鈦礦，電子自旋轉換為發射光的自旋或偏振，研究人員便能將LED轉變為在室溫且無磁場情況下發射偏振光的LED。

先前測得的光偏振度達約2.6%，現在，透過添加由元素週期表第三列、第五列材料製成的III-V族半導體（如砷化鎵、磷化銦），團隊將極化率提高至約15%，偏振度可直接測量LED中的自旋累積。

從LED顯示器、太陽能電池到雷射光學元件，新研究將為許多現代光電設備提供新轉型途徑，結合手性鈣鈦礦的光吸收特性與III-V族半導體高效能，將提升整體設備光電轉換效率。

此外，手性鈣鈦礦製備成本相對較低，與III-V族半導體結合可能降低整體設備生產成本。新論文發表在《自然》（Nature）期刊。 （圖片來源：科技新報）