來自英(ying)國劍橋(qiao)大學（University of Cambridge）和荷蘭埃因霍溫理工(gong)大學（Eindhoven University of Technology）的研究人員創造了一種有機半(ban)導體(ti)，可(ke)以(yi)(yi)使電子以(yi)(yi)螺(luo)旋模式移動，這可(ke)以(yi)(yi)提高電視和智(zhi)能手機屏幕中OLED顯示器的效(xiao)率，還或將為自旋電子學和量子計算等下一代計算技術提供動力。
他們開發的(de)半導體發射(she)圓偏振光(guang)(guang)，這意(yi)味著光(guang)(guang)攜帶了關于電子(zi)“手(shou)性”的(de)信(xin)息。大多數無(wu)機半導體（如硅）的(de)內(nei)部(bu)結構(gou)是對稱的(de)，這意(yi)味著電子(zi)在沒有任何(he)優選方向的(de)情(qing)況(kuang)下穿過它們。
然(ran)而(er)，在自(zi)然(ran)界中，分(fen)子(zi)通(tong)常(chang)具有手(shou)性(xing)（左手(shou)或(huo)右手(shou)）結構(gou)：像人手(shou)一(yi)樣，手(shou)性(xing)分(fen)子(zi)是(shi)彼此的鏡像。手(shou)性(xing)在DNA形成等(deng)生物(wu)過程中起著重要作用，但在電子(zi)學中很難駕馭和控制。
但(dan)是，通過使用受(shou)大自然啟發(fa)的分(fen)子(zi)設計技巧(qiao)，研(yan)究人員通過推動(dong)半(ban)導體(ti)分(fen)子(zi)堆疊形成有序(xu)的右旋(xuan)或左旋(xuan)螺(luo)旋(xuan)柱，創造了一(yi)種手性半(ban)導體(ti)。他(ta)們(men)的研(yan)究結果發(fa)表(biao)在《科(ke)學》雜志(zhi)上(shang)。
手性半導體(ti)的一個有前景的應用是顯示(shi)技術。由于屏(ping)幕過濾光(guang)線的方(fang)式，當前的顯示(shi)器通常會浪費大量(liang)的能(neng)量(liang)。研(yan)究人員開發的手性半導體(ti)以一種(zhong)可以減少(shao)這些(xie)損失的方(fang)式自然(ran)發光(guang)，使屏(ping)幕更亮、更節能(neng)。
“當我(wo)開始研究(jiu)有機半(ban)導體(ti)時，許多(duo)人懷(huai)疑它(ta)們的潛力，但現在它(ta)們主導了顯(xian)示技術，”劍(jian)橋卡文(wen)迪什實驗室的理查德·弗(fu)蘭德爵(jue)士教授說，他共(gong)同(tong)領導了這(zhe)項研究(jiu)。“與剛性(xing)(xing)無機半(ban)導體(ti)不同(tong)，分子材料提(ti)供了令(ling)人難以置信的靈活(huo)性(xing)(xing)，使我(wo)們能(neng)夠(gou)設(she)計出全新的結構，如手性(xing)(xing)LED。這(zhe)就像使用(yong)樂高積(ji)木，可以想象出各種形狀，而不僅(jin)僅(jin)是矩(ju)形磚。”
這種半導體(ti)基于一種名(ming)為三氮雜釕（TAT）的材料，該材料自組裝成螺旋堆疊，使(shi)電(dian)子能夠沿(yan)著其結構螺旋，就像螺絲的螺紋一樣(yang)。
埃因霍溫理工大學的(de)(de)共同第一作者Marco Preuss說：“當被藍光(guang)或(huo)紫(zi)外光(guang)激發(fa)時，自組裝TAT會發(fa)出具(ju)有(you)強烈(lie)圓偏振(zhen)的(de)(de)亮綠光(guang)，這一效應迄今(jin)為止在半導體中很難實現。”。“TAT的(de)(de)結構允許電子有(you)效地移動，同時影響(xiang)光(guang)的(de)(de)發(fa)射方式。”
通過改(gai)進(jin)OLED制造技術，研究人員成(cheng)功(gong)地將(jiang)TAT整合到工作的(de)圓偏振(zhen)OLED（CP-OLED）中(zhong)。這些設備顯(xian)示出(chu)破(po)紀錄的(de)效率、亮度和(he)偏振(zhen)水平，使其成(cheng)為(wei)同類產品中(zhong)最好的(de)。
劍(jian)橋(qiao)卡文迪什(shen)實驗室的共同第(di)一作者Rituparno Chowdhury說：“我(wo)們基本上重新設計(ji)了(le)制造OLED的標準配方(fang)，就像(xiang)我(wo)們在(zai)智(zhi)能手機中一樣(yang)，使我(wo)們能夠將手性結構捕獲在(zai)穩定(ding)的非結晶基質中。”。“這為制造圓(yuan)偏振LED提供了(le)一種(zhong)實用的方(fang)法，這是該領域長期以來所沒有的。”
這(zhe)項工作是(shi)Friend研(yan)究小(xiao)組(zu)與埃因(yin)霍溫理工大學Bert Meijer教授小(xiao)組(zu)長達數(shu)十年合作的(de)一部分。“這(zhe)是(shi)制造手性半導體的(de)真正突破，”Meijer說。“通過(guo)精心設(she)計(ji)分子結(jie)構，我們將結(jie)構的(de)手性與電子的(de)運動相(xiang)結(jie)合，這(zhe)是(shi)以前從未在這(zhe)個水平上完成過(guo)的(de)。”
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