近日，哈工大深圳校區(qū)集成電路學(xué)院宋清海教授、陳怡沐教授團隊在光電器件領(lǐng)域取得重要研究進展，研究成果以《同時具備高發(fā)光不對稱度和高外量子效率的鈣鈦礦自旋發(fā)光二極管》（Perovskite spin light-emitting diodes with simultaneously high electroluminescence dissymmetry and high external quantum efficiency）為題發(fā)表于《自然通訊》（Nature Communications）。
能夠?qū)崿F(xiàn)直接電致圓偏振光發(fā)射的發(fā)光二極管能夠滿足下一代信息技術(shù)在微型化、集成化、高速、低功耗、多功能化等方面的需求，在量子信息、新型顯示、光通信與信息安全、精準化生物醫(yī)療等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。
在實際應(yīng)用中，該類型器件需要同時具備優(yōu)異的發(fā)光性能，尤其是高發(fā)光外量子效率，并能夠產(chǎn)生高度不對稱的圓偏振光。然而，主流有機圓偏振發(fā)光二極管在同時實現(xiàn)高光電性能與高發(fā)光不對稱度方面存在局限。因此，發(fā)展基于新型材料的高性能、高不對稱度圓偏振發(fā)光二極管對新一代信息技術(shù)至關(guān)重要。
手性鈣鈦礦材料具有高效的手性誘導(dǎo)自旋選擇效應(yīng)，能夠突破材料結(jié)構(gòu)手性/炫光活性程度低的限制產(chǎn)生高度不對稱的自旋極化電荷，通過自旋極化電荷的輻射復(fù)合直接實現(xiàn)圓偏振光的發(fā)射，為該類型器件的構(gòu)建提供了新的思路。
針對上述問題，研究團隊充分調(diào)研了現(xiàn)有基于手性鈣鈦礦材料自旋發(fā)光二極管中存在的問題，提出了自旋極化激子的器件工作模型，通過“工作機理-材料調(diào)控-器件優(yōu)化”的路徑，研制了同時具備高發(fā)光不對稱度和高外量子效率的鈣鈦礦自旋發(fā)光二極管。
圖1.基于手性鈣鈦礦量子點自旋發(fā)光二極管的工作原理示意圖。
研究團隊系統(tǒng)研究了手性鈣鈦礦量子點材料系統(tǒng)中光電性質(zhì)-手性/自旋極化能力的構(gòu)效關(guān)系，制備了同時具備優(yōu)異光電性質(zhì)和高效自旋極化選擇能力的手性鈣鈦礦量子點材料，并能夠?qū)崿F(xiàn)多種波長的光致圓偏振光發(fā)射。
圖2.多波長的手性鈣鈦礦量子點材料體系。
通過“工作機理-材料調(diào)控-器件優(yōu)化”的路徑，研究團隊制備的手性鈣鈦礦量子點自旋發(fā)光二極管同時實現(xiàn)了優(yōu)異的光電性能與高發(fā)光不對稱度。該器件展現(xiàn)出0.285的電致發(fā)光不對稱因子、16.8%的外量子效率、超過每平方米28000坎德拉（cd）的峰值亮度和19.8小時的T50穩(wěn)定性（初始亮度為每平方米100坎德拉）。以上性能指標均為手性鈣鈦礦自旋發(fā)光二極管領(lǐng)域的記錄，在高性能手性光源的構(gòu)建上展現(xiàn)出巨大潛力。
圖3.手性鈣鈦礦量子點自旋發(fā)光二極管的手性光電性能。
哈工大深圳校區(qū)為論文第一完成單位，深圳校區(qū)碩士研究生何帥和博士研究生林煒熙為論文共同第一作者。深圳校區(qū)宋清海教授、陳怡沐教授和南開大學(xué)姜源植教授為論文共同通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、深圳市科技計劃等項目支持。（來源：哈爾濱工業(yè)大學(xué)） |
