來自英國劍橋大學（University of Cambridge）和荷蘭埃因霍溫理工大學（Eindhoven University of Technology）的研究人員創造了一種有機半導體，可以使電子以螺旋模式移動，這可以提高電視和智能手機屏幕中OLED顯示器的效率，還或將為自旋電子學和量子計算等下一代計算技術提供動力。
他們開發的半導體發射圓偏振光，這意味著光攜帶了關于電子“手性”的信息。大多數無機半導體（如硅）的內部結構是對稱的，這意味著電子在沒有任何優選方向的情況下穿過它們。
然而，在自然界中，分子通常具有手性（左手或右手）結構：像人手一樣，手性分子是彼此的鏡像。手性在DNA形成等生物過程中起著重要作用，但在電子學中很難駕馭和控制。
但是，通過使用受大自然啟發的分子設計技巧，研究人員通過推動半導體分子堆疊形成有序的右旋或左旋螺旋柱，創造了一種手性半導體。他們的研究結果發表在《科學》雜志上。
手性半導體的一個有前景的應用是顯示技術。由于屏幕過濾光線的方式，當前的顯示器通常會浪費大量的能量。研究人員開發的手性半導體以一種可以減少這些損失的方式自然發光，使屏幕更亮、更節能。
“當我開始研究有機半導體時，許多人懷疑它們的潛力，但現在它們主導了顯示技術，”劍橋卡文迪什實驗室的理查德·弗蘭德爵士教授說，他共同領導了這項研究。“與剛性無機半導體不同，分子材料提供了令人難以置信的靈活性，使我們能夠設計出全新的結構，如手性LED。這就像使用樂高積木，可以想象出各種形狀，而不僅僅是矩形磚。”
這種半導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構螺旋，就像螺絲的螺紋一樣。
埃因霍溫理工大學的共同第一作者Marco Preuss說：“當被藍光或紫外光激發時，自組裝TAT會發出具有強烈圓偏振的亮綠光，這一效應迄今為止在半導體中很難實現。”。“TAT的結構允許電子有效地移動，同時影響光的發射方式。”
通過改進OLED制造技術，研究人員成功地將TAT整合到工作的圓偏振OLED（CP-OLED）中。這些設備顯示出破紀錄的效率、亮度和偏振水平，使其成為同類產品中最好的。
劍橋卡文迪什實驗室的共同第一作者Rituparno Chowdhury說：“我們基本上重新設計了制造OLED的標準配方，就像我們在智能手機中一樣，使我們能夠將手性結構捕獲在穩定的非結晶基質中。”。“這為制造圓偏振LED提供了一種實用的方法，這是該領域長期以來所沒有的。”
這項工作是Friend研究小組與埃因霍溫理工大學Bert Meijer教授小組長達數十年合作的一部分。“這是制造手性半導體的真正突破，”Meijer說。“通過精心設計分子結構，我們將結構的手性與電子的運動相結合，這是以前從未在這個水平上完成過的。”
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