犹他大学的丽莎·波特 第一层是半透明的阳极，如氧化铟锡，注入非极化的“空穴”，这是电子的量子特征，具有一定的自旋
第二层是二维手性混合钙钛矿，它是一种有源自旋过滤器，根据手性分子的螺旋度，只允许具有特定自旋的空穴通过
第三层是发射极膜，由非手性无机钙钛矿组成，例如CsPbBr3
第四层和第五层是注入自旋向上和自旋向下电子的阴极
只有自旋向下的电子与自旋向上的注入空穴复合，产生螺旋度取决于二维有机-无机层中手性分子螺旋度的圆偏振光
信用:改编自:金，Y
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(拉丁语)和(= and)
亚拉巴马州
，科学(2021) 发光二极管已经彻底改变了显示器行业
发光二极管利用电流产生可见光，而没有传统灯泡中的多余热量，这种辉光称为电致发光
这一突破带来了令人瞠目结舌的高清观看体验，这是我们对屏幕的期待
现在，一群物理学家和化学家已经开发出一种新型的LED，它利用自旋电子学，不需要磁场、磁性材料或低温；这是一次“飞跃”,可以让显示器更上一层楼
“生产发光二极管、电视和电脑显示器的公司不想处理磁场和磁性材料
这项工作既重又贵，”犹他大学杰出的物理学和天文学教授瓦利·瓦尔登说
“在这里，手性分子像士兵一样自组装成直立阵列，主动自旋极化注入的电子，随后导致圆偏振光发射
没有磁场，昂贵的铁磁体，不需要极低的温度
这些是该行业的禁忌
" 大多数光电设备，如发光二极管，只控制电荷和光，而不控制电子的自旋
电子拥有微小的磁场，就像地球一样，在相反的两侧有磁极
它的自旋可以被看作是极点的方向，可以被赋予二进制信息——“向上”自旋是“1”，“向下”自旋是“0”
相比之下，传统的电子设备只能通过导线上的电子脉冲来传输信息，以“1”和“0”来传递信息
然而，自旋电子设备可以利用这两种方法，有望比传统电子设备处理更多的信息
商业自旋电子学的一个障碍是设置电子自旋
目前，人们需要产生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，它可以作为一种有源自旋过滤器，由两层叫做手性二维金属卤化物钙钛矿的材料制成
第一层阻挡自旋方向错误的电子，作者称之为手征诱导自旋过滤器
然后，当剩余的电子穿过第二发光钙钛矿层时，它们使该层产生光子，这些光子沿着螺旋路径一致移动，而不是传统的波模式，从而产生圆偏振电致发光
这项研究发表在2021年3月12日的《科学》杂志上
圆偏振光示意图
光子沿着螺旋路径一致运动，而不是传统的波模式，产生圆偏振光
自旋发光二极管器件的发光钙钛矿层产生左旋或右旋偏振光，这取决于通过钙钛矿滤波器的电子的自旋
信用:大卫3457通过维基公共 左手分子，右手分子 科学家们利用了一种称为手性的特性来描述一种特殊的几何形状
人手就是一个经典的例子；右手和左手被安排成彼此的镜子，但是无论朝向如何，他们永远不会完全对齐
有些化合物，如脱氧核糖核酸、糖和手性金属卤化物钙钛矿，它们的原子排列成手性对称
“左手”取向的手性系统可以允许带有“上”自旋的电子传输，但是阻止带有“下”自旋的电子，反之亦然
“如果你试图通过这些化合物传输电子，那么电子自旋就会与材料的手性对齐，”瓦尔登说
其他自旋过滤器确实存在，但它们要么需要某种磁场，要么只能在小范围内操纵电子
“我们使用的钙钛矿材料的美妙之处在于它是二维的——你可以制备许多1 cm2面积的平面，其中包含一百万个十亿(1015)个具有相同手性的静止分子
" 金属卤化物钙钛矿半导体目前主要用于太阳能电池，因为它们能高效地将太阳光转化为电能
由于太阳能电池是半导体中要求最苛刻的应用之一，科学家们发现它还有其他用途，包括自旋发光二极管
“我们正在探索金属卤化物钙钛矿的基本性质，这使我们能够发现光伏之外的新应用，”新论文的合著者、NREL科学家约瑟夫·路德说
“因为金属卤化物钙钛矿，以及其他相关的金属卤化物有机杂化物，是一些最迷人的半导体，它们展示了许多可以用来转化能量的新现象
" 尽管金属卤化物钙钛矿首次证明了手性混合器件的可行性，但它们并不是自旋发光二极管的唯一候选者
有源自旋过滤器的通式是一层有机手性材料，另一层无机金属卤化物，例如铅碘，另一层有机层，无机层等
“太美了
我很希望有人能拿出另一种2D有机/无机层材料来做类似的事情
在这个阶段，它非常普遍
我相信随着时间的推移，有人会发现一种不同的二维手性材料，这种材料会更有效，”瓦尔登说
高级研究员、混合有机无机半导体能源中心主任马修·比尔德表示，这一概念证明，使用这种二维手性混合系统可以在没有磁体的情况下控制自旋，并且“对基于量子的光学计算、生物编码和断层成像等应用具有广泛的意义”
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