發(fā)光二極管（LED）的出現(xiàn)，徹底改變了顯示器行業(yè)。LED使用電流產生可見光，而不會產生傳統(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，一組物理學家和化學家開發(fā)了一種新型的LED，該LED利用自旋電子學而無需磁場、磁性材料或低溫條件。這讓LED技術時間了一個“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。猶他大學杰出的物理學和天文學教授瓦里·瓦爾登尼（Vary Vardeny）說�，F(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極化注入的電子，從而導致圓極化的光發(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，在相反的兩側都有磁極。它的自旋可以看作是極點的方向，可以分配二進制信息-“向上”自旋是“ 1”，“向下”自旋是“ 0”。相反，常規(guī)電子設備僅通過電子脈沖沿著導線傳輸信息，以“ 1s”和“ 0s”傳遞消息。但是，自旋電子設備可以同時使用這兩種方法，有望比傳統(tǒng)電子設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。右側顯示了所產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合，以產生螺旋度依賴于二維有機和無機層中手性分子螺旋度的圓偏振光。

商業(yè)自旋電子學的一個障礙是設定電子自旋。當前，需要產生一種磁場來定向電子自旋方向。

猶他大學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，該技術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自旋濾波器。然后，當剩余的電子穿過第二個鈣鈦礦發(fā)光層時，它們使該層產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》雜志上。來自猶他大學物理與天文學系的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。