一个研究小组发现了一种在卤化物钙钛矿半导体中诱导手性的新工艺，这可能为尖端电子应用打开大门。
这项进展是该团队在引入和控制手性方面取得的一系列进展中的最新进展。手性是指无法叠加在其镜像上的结构，例如手，它可以通过控制电子的“自旋”来更好地控制电子。目前使用的大多数传统光电设备都利用了对电荷和光的控制，而不是电子的自旋。
正如之前报道的那样，研究人员能够在没有极低温度和磁场的情况下使用手性钙钛矿半导体制造出自旋极化 LED。最新进展加速了自旋控制材料的开发过程。
详细内容刊登在《自然化学》杂志上的一篇新论文《低维混合金属卤化物半导体中的远程手性转移》中。关键在于将具有不同头部基团的手性分子引入钙钛矿中。
手性分子故意不融入钙钛矿晶格，而是从表面“扭曲”结构。手性分子将其特性转移到钙钛矿结构中的几个晶胞或层深处。这种扭曲可以通过在钙钛矿薄膜的晶粒边界和表面使用左手或右手手性分子来控制，从而控制自旋特性。
混合金属卤化物中的远程手性转移。图片来源：Nature Chemistry (2024)。DOI：10.1038/s41557-024-01662-2
这种扭曲的结构为能源应用提供了独特的功能，其中自旋控制通过充当电子自旋过滤器增加了额外的潜力。
论文第一作者Md Azimul Haque表示，向低维钙钛矿半导体引入手性，一般需要在钙钛矿晶格中存在手性分子，每次改变手性分子的组成时都需要进行大量的分析。
他说，近端手性分子能够在不改变钙钛矿成分的情况下转移其特性，这使得该过程变得简单、快捷、对成分的限制更少。
“与传统方法相比，我们现在可以非常轻松地创建具有已知特性并添加手性的材料，”博士后研究员 Haque 说道。“下一步是对这些材料进行实验，并将其融入新的应用中。”
混合钙钛矿是指一种晶体结构，既包含无机成分，又包含有机成分。在其他半导体中，例如由硅制成的半导体，材料是纯无机的和刚性的。混合钙钛矿柔软且更具柔韧性，“因此，表面上的扭曲分子将比在大多数刚性无机半导体中将效应扩展到更深的半导体中，”美国国家可再生能源实验室 (NREL) 高级研究员兼通讯作者 Joey Luther 说。
“这是在卤化物钙钛矿中诱导手性的一种新方法，”卢瑟说，“它可能会带来一些我们无法想象的技术，但可能类似于偏光相机、3D 显示器、自旋信息传输、光学计算或更好的光通信等。”