近日，科研人员在有机半导体领域攻克了一个数十年的难题，为未来电子技术的发展打开了新的大门。这项研究由剑桥大学和埃因霍温理工大学领导，他们开发出了一种能够强制电子以螺旋形式移动的有机半导体。这项技术不仅可能提升电视和智能手机屏幕OLED显示效率，还能为下一代计算技术，比如自旋电子学和量子计算提供动力。

他们开发的半导体可以发射圆偏振光，这种光可以携带有关电子“手性”的信息。大多数无机半导体（如硅）的内部结构是对称的，意味着电子在其中移动没有任何偏好方向。然而，在自然界中，分子通常具有手性（左或右旋）结构，如同人类的手，手性分子相互之间是镜像关系。手性在生物过程中（如DNA形成）起着重要作用，但在电子学中利用和控制这一现象却极为困难。

研究团队借鉴自然界的设计技巧，成功创建了一种手性半导体，通过促使堆叠的半导体分子形成有序的右旋或左旋螺旋列。这一成果发表在《科学》杂志上。

手性半导体在显示技术中具有重要应用前景。当前的显示设备由于屏幕过滤光的方式，经常会浪费大量能源。研究人员开发的手性半导体自然发射的光能减少这些损失，让屏幕更亮、更省能。

剑桥大学卡文迪许实验室的理查德·弗兰德教授（Sir Richard Friend），研究的共同领导者之一表示：“当我开始研究有机半导体时，许多人对它们的潜力持怀疑态度，但现在它们主宰了显示技术。与僵硬的无机半导体不同，分子材料提供了难以置信的灵活性——让我们能设计全新的结构，比如手性LED。这就像是用你能想象到的每一种形状的乐高积木玩耍，而不仅仅是矩形的砖块。”

半导体基于一种名为三氮杂环庚烷（TAT）的材料，该材料能自组装成螺旋堆叠，让电子沿其结构螺旋前进，就像螺丝的螺纹一样。

利用修改后的OLED制造技术，研究人员成功将TAT嵌入到工作中的圆偏振OLED（CP-OLED）中。这些设备显示出了破纪录的效率、亮度和偏振水平，使它们成为同类中最佳。

“我们实际上重新制定了智能手机等设备中OLED制作的标准配方，让我们能在稳定、非结晶化的矩阵中捕获一个手性结构，”剑桥大学卡文迪许实验室的共同第一作者Rituparno Chowdhury表示。“这为创建圆偏振LED提供了一种实用方法，这是长期以来该领域所未能实现的。”

该研究是弗兰德研究小组与埃因霍温理工大学伯特·梅耶尔教授团队多年合作的一部分。“这在制造手性半导体方面是一个真正的突破，”梅耶尔说。“通过精心设计分子结构，我们将结构的手性与电子的运动联系起来，这在以前从未达到过这个水平。”

手性半导体的出现在有机半导体世界中标志着一大步进，有机半导体现已支持一个价值超过600亿美元的行业。除了显示技术外，这项发展还对量子计算和自旋电子学有重要影响——这是一个使用电子的自旋或固有角动量来存储和处理信息的研究领域，有望带来更快、更安全的计算系统。

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