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來(lái)自英國(guó)劍橋大學(xué)（University of Cambridge）和荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)（Eindhoven University of Technology）的研究人員創(chuàng)造了一種有機(jī)半導(dǎo)體，可以使電子以螺旋模式移動(dòng)，這可以提高電視和智能手機(jī)屏幕中OLED顯示器的效率，還或?qū)樽孕娮訉W(xué)和量子計(jì)算等下一代計(jì)算技術(shù)提供動(dòng)力。

他們開(kāi)發(fā)的半導(dǎo)體發(fā)射圓偏振光，這意味著光攜帶了關(guān)于電子“手性”的信息。大多數(shù)無(wú)機(jī)半導(dǎo)體（如硅）的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，這意味著電子在沒(méi)有任何優(yōu)選方向的情況下穿過(guò)它們。

然而，在自然界中，分子通常具有手性（左手或右手）結(jié)構(gòu)：像人手一樣，手性分子是彼此的鏡像。手性在DNA形成等生物過(guò)程中起著重要作用，但在電子學(xué)中很難駕馭和控制。

但是，通過(guò)使用受大自然啟發(fā)的分子設(shè)計(jì)技巧，研究人員通過(guò)推動(dòng)半導(dǎo)體分子堆疊形成有序的右旋或左旋螺旋柱，創(chuàng)造了一種手性半導(dǎo)體。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

手性半導(dǎo)體的一個(gè)有前景的應(yīng)用是顯示技術(shù)。由于屏幕過(guò)濾光線的方式，當(dāng)前的顯示器通常會(huì)浪費(fèi)大量的能量。研究人員開(kāi)發(fā)的手性半導(dǎo)體以一種可以減少這些損失的方式自然發(fā)光，使屏幕更亮、更節(jié)能。

“當(dāng)我開(kāi)始研究有機(jī)半導(dǎo)體時(shí)，許多人懷疑它們的潛力，但現(xiàn)在它們主導(dǎo)了顯示技術(shù)，”劍橋卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的理查德·弗蘭德爵士教授說(shuō)，他共同領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。“與剛性無(wú)機(jī)半導(dǎo)體不同，分子材料提供了令人難以置信的靈活性，使我們能夠設(shè)計(jì)出全新的結(jié)構(gòu)，如手性LED。這就像使用樂(lè)高積木，可以想象出各種形狀，而不僅僅是矩形磚。”

這種半導(dǎo)體基于一種名為三氮雜釕（TAT）的材料，該材料自組裝成螺旋堆疊，使電子能夠沿著其結(jié)構(gòu)螺旋，就像螺絲的螺紋一樣。

埃因霍溫理工大學(xué)的共同第一作者M(jìn)arco Preuss說(shuō)：“當(dāng)被藍(lán)光或紫外光激發(fā)時(shí)，自組裝TAT會(huì)發(fā)出具有強(qiáng)烈圓偏振的亮綠光，這一效應(yīng)迄今為止在半導(dǎo)體中很難實(shí)現(xiàn)。”。“TAT的結(jié)構(gòu)允許電子有效地移動(dòng)，同時(shí)影響光的發(fā)射方式。”

通過(guò)改進(jìn)OLED制造技術(shù)，研究人員成功地將TAT整合到工作的圓偏振OLED（CP-OLED）中。這些設(shè)備顯示出破紀(jì)錄的效率、亮度和偏振水平，使其成為同類產(chǎn)品中最好的。

劍橋卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的共同第一作者Rituparno Chowdhury說(shuō)：“我們基本上重新設(shè)計(jì)了制造OLED的標(biāo)準(zhǔn)配方，就像我們?cè)谥悄苁謾C(jī)中一樣，使我們能夠?qū)⑹中越Y(jié)構(gòu)捕獲在穩(wěn)定的非結(jié)晶基質(zhì)中。”。“這為制造圓偏振LED提供了一種實(shí)用的方法，這是該領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)所沒(méi)有的。”

這項(xiàng)工作是Friend研究小組與埃因霍溫理工大學(xué)Bert Meijer教授小組長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年合作的一部分。“這是制造手性半導(dǎo)體的真正突破，”Meijer說(shuō)。“通過(guò)精心設(shè)計(jì)分子結(jié)構(gòu)，我們將結(jié)構(gòu)的手性與電子的運(yùn)動(dòng)相結(jié)合，這是以前從未在這個(gè)水平上完成過(guò)的。”