来自英国剑桥大学（University of Cambridge）和荷兰埃因霍温理工大学（Eindhoven University of Technology）的研究人员创造了一种有机半导体，可以使电子以螺旋模式移动，这可以提高电视和智能手机屏幕中OLED显示器的效率，还或将为自旋电子学和量子计算等下一代计算技术提供动力。

他们开发的半导体发射圆偏振光，这意味着光携带了关于电子“手性”的信息。大多数无机半导体（如硅）的内部结构是对称的，这意味着电子在没有任何优选方向的情况下穿过它们。

然而，在自然界中，分子通常具有手性（左手或右手）结构：像人手一样，手性分子是彼此的镜像。手性在DNA形成等生物过程中起着重要作用，但在电子学中很难驾驭和控制。

但是，通过使用受大自然启发的分子设计技巧，研究人员通过推动半导体分子堆叠形成有序的右旋或左旋螺旋柱，创造了一种手性半导体。他们的研究结果发表在《科学》杂志上。

手性半导体的一个有前景的应用是显示技术。由于屏幕过滤光线的方式，当前的显示器通常会浪费大量的能量。研究人员开发的手性半导体以一种可以减少这些损失的方式自然发光，使屏幕更亮、更节能。

“当我开始研究有机半导体时，许多人怀疑它们的潜力，但现在它们主导了显示技术，”剑桥卡文迪什实验室的理查德·弗兰德爵士教授说，他共同领导了这项研究。“与刚性无机半导体不同，分子材料提供了令人难以置信的灵活性，使我们能够设计出全新的结构，如手性LED。这就像使用乐高积木，可以想象出各种形状，而不仅仅是矩形砖。”

这种半导体基于一种名为三氮杂钌（TAT）的材料，该材料自组装成螺旋堆叠，使电子能够沿着其结构螺旋，就像螺丝的螺纹一样。

埃因霍温理工大学的共同第一作者Marco Preuss说：“当被蓝光或紫外光激发时，自组装TAT会发出具有强烈圆偏振的亮绿光，这一效应迄今为止在半导体中很难实现。”。“TAT的结构允许电子有效地移动，同时影响光的发射方式。”

通过改进OLED制造技术，研究人员成功地将TAT整合到工作的圆偏振OLED（CP-OLED）中。这些设备显示出破纪录的效率、亮度和偏振水平，使其成为同类产品中最好的。

剑桥卡文迪什实验室的共同第一作者Rituparno Chowdhury说：“我们基本上重新设计了制造OLED的标准配方，就像我们在智能手机中一样，使我们能够将手性结构捕获在稳定的非结晶基质中。”。“这为制造圆偏振LED提供了一种实用的方法，这是该领域长期以来所没有的。”

这项工作是Friend研究小组与埃因霍温理工大学Bert Meijer教授小组长达数十年合作的一部分。“这是制造手性半导体的真正突破，”Meijer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相结合，这是以前从未在这个水平上完成过的。”