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半導(dǎo)體重大突破！他，發(fā)完Science，3年后再發(fā)Nature！

第一作者：Matthew P. Hautzinger

通訊作者：Matthew C. Beard

通訊單位：美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室

Matthew C. Beard教授，博士畢業(yè)于耶魯大學(xué)，現(xiàn)為美國(guó)可再生能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Senior Research Fellow，同時(shí)任有機(jī)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體能源中心（CHOISE）的主任，該中心是由美國(guó)能源部科學(xué)辦公室資助的能源前沿研究中心。Matt Beard博士獲得一系列國(guó)家和國(guó)際獎(jiǎng)項(xiàng)，包括2012年被推選為美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)士，2014年獲得美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室杰出研究的主任獎(jiǎng)，2019年英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)Chemical Dynamics Award，同時(shí)被推選為英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士等等。

論文速覽

在室溫且無(wú)磁場(chǎng)條件下，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的自旋積累是實(shí)現(xiàn)更廣泛的光電功能的關(guān)鍵。由于半導(dǎo)體界面自旋注入固有的低效率，目前的研究受到限制。

本論文報(bào)道了在室溫下，無(wú)需外加磁場(chǎng)條件下，通過(guò)手性鹵化物鈣鈦礦/III-V半導(dǎo)體界面實(shí)現(xiàn)自旋積累的突破性研究。

研究團(tuán)隊(duì)展示了在標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體III-V (Al_xGa_1?x)_0.5In_0.5P多量子阱發(fā)光二極管中，通過(guò)手性鈣鈦礦/III-V界面注入自旋極化的載流子，并通過(guò)圓偏振光的發(fā)射檢測(cè)到自旋積累，其偏振度高達(dá)15%。通過(guò)截面掃描開(kāi)爾文探針力顯微鏡和截面透射電子顯微鏡等對(duì)界面進(jìn)行了表征，顯示了純凈的半導(dǎo)體/半導(dǎo)體界面，且費(fèi)米能級(jí)能夠達(dá)到平衡。該發(fā)現(xiàn)表明，手性鈣鈦礦半導(dǎo)體可以轉(zhuǎn)變成熟的半導(dǎo)體平臺(tái)，使其也能控制自旋。

圖文導(dǎo)讀

圖1：發(fā)光二極管light-emitting diode，LED示意圖和界面表征。

圖2：(R/S-MBA)₂PbI₄/(Al_xGa_1?x)_0.5In_0.5P自旋LED的圓偏振電致發(fā)光（CP-EL）發(fā)射。

圖3：波段對(duì)準(zhǔn)和LED操作。

總結(jié)展望

本研究成功實(shí)現(xiàn)了室溫下無(wú)需外加磁場(chǎng)的手性鈣鈦礦半導(dǎo)體與III-V半導(dǎo)體的直接接觸，并且該手性鈣鈦礦半導(dǎo)體在器件堆疊中表現(xiàn)得像另一種半導(dǎo)體。

這種集成轉(zhuǎn)變了現(xiàn)有的商業(yè)相關(guān)的III-V LED，從控制光和電荷轉(zhuǎn)換的常規(guī)LED半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，到現(xiàn)在也能控制自旋到光的轉(zhuǎn)換。研究發(fā)現(xiàn)為開(kāi)發(fā)新型自旋電子學(xué)設(shè)備和集成光電子學(xué)平臺(tái)奠定了基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Room-temperature spin injection across a chiral perovskite/III–V interface

期刊：Nature

DOI：10.1038/s41586-024-07560-4

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