基于自旋载流子传输的高不对称因子圆偏振发光量子电光源

圆偏振光源是量子光学信息处理的重要组成部分，在信息安全、现代显示、智能电子、疾病筛查等领域具有重要意义。传统获得圆偏振发光光源的方案一般通过电光源与光学元件耦合，具有体积较大、集成度较低等不足，限制了其实际应用范围。此外，基于铁磁性材料的器件虽然可以获得偏振现象，但是通常需要协同控制其工作的环境温度与外加磁场。因此，如何直接获得在室温下工作且不依赖于外加磁场调控的高集成度的圆偏振电光源具有巨大的应用价值。

团队前期研究成果表明，二维手性钙钛矿在室温环境可以呈现出优异的手性诱导自旋选择性（CISS）且不需要外加磁场调控，并具有长时间的工作稳定性，该特性使其有潜力在偏振发光领域大放异彩。然而，手性钙钛矿材料中手性结构的引入将扭曲现有材料的晶体结构，显著降低发光性能，使其不能直接作为电光源的有源层实现高效率发光。针对该难点，研究团队创新地将其解耦成两个子问题：1）如何进行载流子自旋传输调控；2）如何获得高效率圆偏振发光。基于该研究思路，研究团首次提出利用手性二维钙钛矿调控载流子的自旋注入与传输，利用量子点获得高效率发光，并通过在现有量子点电光源结构中巧妙地添加一层手性材料，兼容已有的制备工艺流程，直接获得圆偏振电光源，解决电注入载流子自旋调控与传输等系列科学问题。研究表明，可以直接获得高达80%以上的自旋注入效率和1.6×10^-2的圆偏振电致发光的不对称因子（比已有结果提升了一个数量级），该工作为集成化圆偏振光源进一步发展做出贡献。

 该研究结果在国际顶级材料领域期刊《Advanced Materials》(影响因子：29.40；中科院1区)上，以“Spin Quantum Dot Light-Emitting Diodes Enabled by 2D Chiral Perovskite with Spin-Dependent Carrier Transport” 为题在线发表。深圳技术大学新材料与新能源学院的吴丹副教授为共同通讯作者，南方科技大学的王恺教授为共同通讯作者，南方科技大学为第一完成单位，合作教授为南方科技大学孙小卫讲席教授等。

图1. 圆偏振量子点电光源结构、手性钙钛矿材料调控自旋载流子发光机理与圆偏振发光效率测试结果。

全文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202305604?af=R