來自(zi)英國劍橋大(da)學(xue)（University of Cambridge）和(he)荷蘭埃(ai)因霍溫理工大(da)學(xue)（Eindhoven University of Technology）的(de)研(yan)究(jiu)人員創(chuang)造了一種有機半導體，可以使電(dian)子(zi)以螺旋(xuan)模(mo)式移動，這可以提高電(dian)視和(he)智能手機屏幕中OLED顯示(shi)器的(de)效率，還或將為自(zi)旋(xuan)電(dian)子(zi)學(xue)和(he)量(liang)子(zi)計算等下(xia)一代(dai)計算技術提供(gong)動力。
他(ta)們開(kai)發的半(ban)導體發射圓(yuan)偏振光，這意味著光攜(xie)帶了(le)關于(yu)電子(zi)“手性”的信息。大多數(shu)無機半(ban)導體（如硅）的內(nei)部結構是(shi)對稱的，這意味著電子(zi)在沒(mei)有任何優選方向的情況下穿過它們。
然而，在(zai)自然界(jie)中，分(fen)子(zi)通常具有(you)手(shou)(shou)性（左手(shou)(shou)或(huo)右手(shou)(shou)）結構(gou)：像(xiang)人手(shou)(shou)一樣，手(shou)(shou)性分(fen)子(zi)是彼此的鏡像(xiang)。手(shou)(shou)性在(zai)DNA形成等生物過程中起著(zhu)重要作用，但(dan)在(zai)電(dian)子(zi)學中很難駕(jia)馭和控制(zhi)。
但是(shi)，通過使用受大自(zi)然啟發的分子(zi)設計技巧，研(yan)究人(ren)員通過推動半導體分子(zi)堆(dui)疊形成有序的右(you)旋或(huo)左(zuo)旋螺旋柱，創造了一種(zhong)手性半導體。他們的研(yan)究結(jie)果發表在《科學》雜志上。
手性(xing)半(ban)導(dao)體的(de)(de)一個有前(qian)(qian)景的(de)(de)應用是(shi)顯(xian)示(shi)技術。由于屏(ping)幕過(guo)濾(lv)光線的(de)(de)方式(shi)，當前(qian)(qian)的(de)(de)顯(xian)示(shi)器通(tong)常會(hui)浪費大量的(de)(de)能量。研究(jiu)人員(yuan)開發的(de)(de)手性(xing)半(ban)導(dao)體以(yi)一種可以(yi)減(jian)少這(zhe)些(xie)損失的(de)(de)方式(shi)自然發光，使(shi)屏(ping)幕更(geng)亮、更(geng)節能。
“當(dang)我開始研究(jiu)有(you)機半導(dao)體時(shi)，許多人懷疑它們的潛力，但現在它們主(zhu)導(dao)了顯示技(ji)術，”劍橋(qiao)卡(ka)文迪(di)什實驗室的理查(cha)德(de)·弗蘭德(de)爵士教(jiao)授(shou)說，他共同領導(dao)了這(zhe)項研究(jiu)。“與(yu)剛性(xing)無機半導(dao)體不同，分子材料提供了令人難以置(zhi)信的靈(ling)活性(xing)，使我們能夠設計(ji)出全新的結構(gou)，如手性(xing)LED。這(zhe)就(jiu)像使用樂高積木，可(ke)以想象出各種形(xing)狀，而不僅(jin)僅(jin)是矩形(xing)磚。”
這(zhe)種半導體基于(yu)一種名為三氮雜釕(liao)（TAT）的(de)材料，該材料自組裝成螺(luo)(luo)(luo)旋(xuan)堆疊，使電子能夠沿著其結構螺(luo)(luo)(luo)旋(xuan)，就像螺(luo)(luo)(luo)絲(si)的(de)螺(luo)(luo)(luo)紋一樣(yang)。
埃(ai)因霍溫(wen)理工大學(xue)的(de)(de)共(gong)同第(di)一作(zuo)者(zhe)Marco Preuss說：“當被(bei)藍光(guang)或紫外光(guang)激發時，自組裝TAT會發出具有強烈圓偏(pian)振的(de)(de)亮綠(lv)光(guang)，這一效應迄今為止在半導體中很難實現。”。“TAT的(de)(de)結構允許電子有效地移動，同時影(ying)響光(guang)的(de)(de)發射方式。”
通過(guo)改進OLED制造技術，研究(jiu)人(ren)員成功(gong)地將TAT整合到工作的圓(yuan)偏振OLED（CP-OLED）中(zhong)。這些設備顯(xian)示出破(po)紀錄的效率、亮度和偏振水平(ping)，使其(qi)成為同類產品中(zhong)最好的。
劍(jian)橋(qiao)卡文迪(di)什實(shi)驗室的共同第(di)一作者Rituparno Chowdhury說：“我們(men)基(ji)本上重(zhong)新設計了制(zhi)(zhi)造OLED的標準配方(fang)，就像(xiang)我們(men)在(zai)智能手機中一樣(yang)，使我們(men)能夠將手性結構捕(bu)獲在(zai)穩定的非(fei)結晶基(ji)質中。”。“這為制(zhi)(zhi)造圓偏振LED提供了一種(zhong)實(shi)用的方(fang)法，這是該(gai)領域長期以來所沒有的。”
這項工(gong)(gong)作是(shi)Friend研究小組與埃(ai)因霍溫理工(gong)(gong)大學Bert Meijer教(jiao)授小組長達數十(shi)年(nian)合(he)作的(de)一部分(fen)。“這是(shi)制造手性半(ban)導體的(de)真(zhen)正突破，”Meijer說。“通過精心設(she)計分(fen)子結構(gou)，我(wo)們將結構(gou)的(de)手性與電(dian)子的(de)運動相結合(he)，這是(shi)以前從未(wei)在這個水平上完成過的(de)。”
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