EO

Extra slimme, snelle beeldschermen dankzij chirale Led

16 maart 2021 om 15:25 uur

De eerste laag is een semitransparante anode, zoals ITO, die ongepolariseerde 'gaten', een kwantumkenmerk van elektronen, met een zekere spin injecteert. De tweede laag is de tweedimensionale chirale hybride perovskiet die een actief spinfilter is, waardoor alleen gaten met een specifieke spin passeren, afhankelijk van de heliciteit van de chirale moleculen. De derde laag is de emitterfilm, samengesteld uit een niet-chiraal anorganisch perovskiet zoals CsPbBr3. De vierde en vijfde laag zijn de kathode die spin-up en spin-down elektronen injecteert. Alleen de spin-down elektronen recombineren met de spin-up geïnjecteerde gaten om circulair gepolariseerd licht te produceren met heliciteit die afhangt van de heliciteit van de chirale moleculen in de tweedimensionale organisch-anorganische laag. Beeld: Aangepast van Kim, Y.H. et. al., Science (2021)

Led's gebruiken elektrische stroom om zichtbaar licht te produceren zonder elektroluminescentie. Nu heeft een groep natuurkundigen en scheikundigen een nieuw type led ontwikkeld dat gebruikmaakt van spintronica zonder dat een magnetisch veld, magnetische materialen of cryogene temperaturen nodig zijn; een sprong die beeldschermen naar een hoger niveau kan tillen.


"De bedrijven die leds of tv- en computerschermen maken, willen zich niet bezighouden met magnetische velden en magnetische materialen", zegt Valy Vardeny, hoogleraar natuurkunde en astronomie aan de universiteit van Utah (VS). "Hier assembleren chirale moleculen zichzelf tot staande arrays, als soldaten, die de geïnjecteerde elektronen actief van spin voorzien, wat leidt tot circulair gepolariseerde lichtemissie. Zonder magnetisch veld, dure ferromagneten en zonder dat extreem lage temperaturen nodig zijn. Want dat zijn no-nos voor de industrie."

 

De meeste opto-elektronische apparaten regelen alleen de lading en het licht en niet de spin van de elektronen. Spintronische apparaten kunnen echter exponentieel meer informatie verwerken. Een belemmering voor commerciële spintronica is het instellen van de elektronenspin. Momenteel moet men een magnetisch veld produceren om de rotatierichting van het elektron te oriënteren. Onderzoekers van de University of Utah en het National Renewable Energy Laboratory (NREL) hebben technologie ontwikkeld die fungeert als een actief spinfilter gemaakt van twee lagen materiaal, chirale tweedimensionale metaalhalogenide-perovskieten genaamd. De eerste laag blokkeert elektronen die in de verkeerde richting draaien, een laag die de auteurs een chiraal geïnduceerd spinfilter noemen. Wanneer de resterende elektronen vervolgens door de tweede lichtemitterende perovskietlaag gaan, zorgen ze ervoor dat de laag fotonen produceert die tegelijk langs een spiraalvormig pad bewegen, in plaats van een conventioneel golfpatroon, om circulair gepolariseerde elektroluminescentie te produceren.

 

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Science.

 

Links- en rechtshandige moleculen

De wetenschappers maakten gebruik van een eigenschap genaamd chiraliteit die een bepaald type geometrie beschrijft. Mensenhanden zijn een klassiek voorbeeld; de rechter- en linkerhand zijn gerangschikt als spiegels van elkaar, maar ze zullen nooit perfect uitgelijnd zijn, ongeacht de oriëntatie. Bij sommige verbindingen, zoals DNA, suiker en chirale metaalhalogenide-perovskieten, zijn de atomen chiraal symmetrisch gerangschikt. Een 'linkshandig' georiënteerd chiraal systeem kan transport van elektronen met 'opwaartse' spins mogelijk maken, maar elektronen blokkeren met 'neerwaartse' spins, en vice versa.

 

"Als je elektronen door deze verbindingen probeert te transporteren, wordt de elektronenspin uitgelijnd met de chiraliteit van het materiaal", zei Vardeny. Er bestaan ​​nog andere spinfilters, maar ze hebben ofwel een soort magnetisch veld nodig, of ze kunnen alleen elektronen in een klein gebied manipuleren. "Het mooie van het perovskietmateriaal dat we hebben gebruikt, is dat het tweedimensionaal is - je kunt veel vlakken van 1 cm2 maken die een miljoen van een miljard (1015) staande moleculen bevatten met dezelfde chiraliteit."

 

Metaalhalogenide-perovskiet-halfgeleiders worden tegenwoordig vooral gebruikt voor zonnecellen, omdat ze zeer efficiënt zonlicht omzetten in elektriciteit. Aangezien een zonnecel een van de meest veeleisende toepassingen is van welke halfgeleider dan ook, ontdekken wetenschappers dat er ook andere toepassingen bestaan, waaronder spin-Leds.

 

"We onderzoeken de fundamentele eigenschappen van metaalhalogenide perovskieten, waardoor we nieuwe toepassingen hebben ontdekt die verder gaan dan fotovoltaïsche zonne-energie", zegt co-auteur Joseph Luther. "Omdat metaalhalogenide-perovskieten en andere verwante organische metaalhalogenide-hybriden enkele van de meest fascinerende halfgeleiders zijn, vertonen ze een groot aantal nieuwe verschijnselen die kunnen worden gebruikt bij het omzetten van energie."

 

Hoewel metaalhalogenide-perovskieten als eerste bewijzen dat chiraal-hybride apparaten haalbaar zijn, zijn ze niet de enige kandidaten voor spin-Leds. De algemene formule voor het actieve spinfilter is een laag van een organisch, chiraal materiaal, een andere laag van een anorganisch metaalhalogenide, zoals loodjodium, een andere organische laag, een anorganische laag enzovoort.

 
 

Gerelateerd nieuws

Geoptimaliseerde verbindingstechnologie opent de deur naar veilig gebruik van waterstof in de luchtvaart

Magnetisch pulslassen maakt waterstofsystemen veilig voor vliegtuigen

Milieuvriendelijk vliegen op waterstof klinkt leuk, maar hoe maak je een veilig systeem voor deze cryogene brandstof die pas bij -253 graden Celsius bruikbaar is? Zowel tanks als leidingsystemen moeten bij zulke lage…

Hoe een bewegend platform voor 3D-printen afval en kosten kan verminderen

3D-printen kan nu 40 procent sneller en 30 procent goedkoper (video)

Onderzoekers van de USC Viterbi School of Engineering (VS) hebben een goedkoop dynamisch gestuurd oppervlak voor 3D-printers ontwikkeld dat afval vermindert en tijd bespaart.

Belvorming op elektroden beheersen

Belvorming op elektroden beheersen

Het gebruik van elektriciteit om water te splitsen in waterstof en zuurstof kan een effectieve manier zijn om schone waterstof te produceren, met verdere voordelen als die elektriciteit wordt opgewekt uit hernieuwbare…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

19 april 2021, online

KNAW-webinar: Wiskunde in tijden van corona

Epidemiologische modellen brengen de verspreiding van infectieziekten binnen sociale netwerken in kaart...

20 april 2021, online

Webinar over Europese normalisatie in staalsector

Webinar over de herstructurering van de Europese normalisatie in de staalsector.

18 mei 2021, 18, 19 en 20 mei 2021

Machineveiligheid in vogelvlucht (online training)

Meer agendapunten »