哈工大深圳校區在光電器件領域取得重要研究進展

近日，哈工大深圳校區集成電路學院宋清海教授、陳怡沐教授團隊在光電器件領域取得重要研究進展，研究成果以《同時具備高發光不對稱度和高外量子效率的鈣鈦礦自旋發光二極管》（Perovskite spin light-emitting diodes with simultaneously high electroluminescence dissymmetry and high external quantum efficiency）為題發表于《自然通訊》（Nature Communications）。

能夠實現直接電致圓偏振光發射的發光二極管能夠滿足下一代信息技術在微型化、集成化、高速、低功耗、多功能化等方面的需求，在量子信息、新型顯示、光通信與信息安全、精準化生物醫療等領域展現出良好的應用潛力。

在實際應用中，該類型器件需要同時具備優異的發光性能，尤其是高發光外量子效率，并能夠產生高度不對稱的圓偏振光。然而，主流有機圓偏振發光二極管在同時實現高光電性能與高發光不對稱度方面存在局限。因此，發展基于新型材料的高性能、高不對稱度圓偏振發光二極管對新一代信息技術至關重要。

手性鈣鈦礦材料具有高效的手性誘導自旋選擇效應，能夠突破材料結構手性/炫光活性程度低的限制產生高度不對稱的自旋極化電荷，通過自旋極化電荷的輻射復合直接實現圓偏振光的發射，為該類型器件的構建提供了新的思路。

針對上述問題，研究團隊充分調研了現有基于手性鈣鈦礦材料自旋發光二極管中存在的問題，提出了自旋極化激子的器件工作模型，通過“工作機理-材料調控-器件優化”的路徑，研制了同時具備高發光不對稱度和高外量子效率的鈣鈦礦自旋發光二極管。

圖1.基于手性鈣鈦礦量子點自旋發光二極管的工作原理示意圖。

研究團隊系統研究了手性鈣鈦礦量子點材料系統中光電性質-手性/自旋極化能力的構效關系，制備了同時具備優異光電性質和高效自旋極化選擇能力的手性鈣鈦礦量子點材料，并能夠實現多種波長的光致圓偏振光發射。

圖2.多波長的手性鈣鈦礦量子點材料體系。

通過“工作機理-材料調控-器件優化”的路徑，研究團隊制備的手性鈣鈦礦量子點自旋發光二極管同時實現了優異的光電性能與高發光不對稱度。該器件展現出0.285的電致發光不對稱因子、16.8%的外量子效率、超過每平方米28000坎德拉（cd）的峰值亮度和19.8小時的T50穩定性（初始亮度為每平方米100坎德拉）。以上性能指標均為手性鈣鈦礦自旋發光二極管領域的記錄，在高性能手性光源的構建上展現出巨大潛力。

圖3.手性鈣鈦礦量子點自旋發光二極管的手性光電性能。

哈工大深圳校區為論文第一完成單位，深圳校區碩士研究生何帥和博士研究生林煒熙為論文共同第一作者。深圳校區宋清海教授、陳怡沐教授和南開大學姜源植教授為論文共同通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、廣東省基礎與應用基礎研究基金、深圳市科技計劃等項目支持。（來源：哈爾濱工業大學）