哈工大在钙钛矿自旋发光二极管领域取得重要研究进展

    近日，哈工大深圳校区集成电路学院宋清海教授、陈怡沐教授团队在光电器件领域取得重要研究进展，研究成果以《同时具备高发光不对称度和高外量子效率的钙钛矿自旋发光二极管》（Perovskite spin light-emitting diodes with simultaneously high electroluminescence dissymmetry and high external quantum efficiency）为题发表于《自然通讯》（Nature Communications）。

    能够实现直接电致圆偏振光发射的发光二极管能够满足下一代信息技术在微型化、集成化、高速、低功耗、多功能化等方面的需求，在量子信息、新型显示、光通信与信息安全、精准化生物医疗等领域展现出良好的应用潜力。在实际应用中，该类型器件需要同时具备优异的发光性能，尤其是高发光外量子效率，并能够产生高度不对称的圆偏振光。然而，主流有机圆偏振发光二极管在同时实现高光电性能与高发光不对称度方面存在局限。因此，发展基于新型材料的高性能、高不对称度圆偏振发光二极管对新一代信息技术至关重要。手性钙钛矿材料具有高效的手性诱导自旋选择效应，能够突破材料结构手性/旋光活性程度低的限制产生高度不对称的自旋极化电荷，通过自旋极化电荷的辐射复合直接实现圆偏振光的发射，为该类型器件的构建提供了新的思路。

    针对上述问题，研究团队充分调研了现有基于手性钙钛矿材料自旋发光二极管中存在的问题，提出了自旋极化激子的器件工作模型，通过“工作机理-材料调控-器件优化”的路径，研制了同时具备高发光不对称度和高外量子效率的钙钛矿自旋发光二极管。

    基于手性钙钛矿量子点自旋发光二极管的工作原理示意图

    研究团队系统研究了手性钙钛矿量子点材料系统中光电性质-手性/自旋极化能力的构效关系，制备了同时具备优异光电性质和高效自旋极化选择能力的手性钙钛矿量子点材料，并能够实现多种波长的光致圆偏振光发射。

多波长的手性钙钛矿量子点材料体系

    通过“工作机理-材料调控-器件优化”的路径，研究团队制备的手性钙钛矿量子点自旋发光二极管同时实现了优异的光电性能与高发光不对称度。该器件展现出0.285的电致发光不对称因子、16.8%的外量子效率、超过每平方米28000坎德拉（cd）的峰值亮度和19.8小时的T50稳定性（初始亮度为每平方米100坎德拉）。以上性能指标均为手性钙钛矿自旋发光二极管领域的记录，在高性能手性光源的构建上展现出巨大潜力。

手性钙钛矿量子点自旋发光二极管的手性光电性能

    哈工大深圳校区为论文第一完成单位，深圳校区硕士研究生何帅和博士研究生林炜熙为论文共同第一作者。深圳校区宋清海教授、陈怡沐教授和南开大学姜源植教授为论文共同通讯作者。

    该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科技计划等项目支持。