電子螺旋運動解開半導體謎團，OLED顯示技術將迎來革命性突破

在有機半導體的研究領域，一項重大突破可能徹底改變顯示技術，甚至影響未來計算方式的發展。劍橋大學與埃因霍溫理工大學的研究團隊成功設計出一種迫使電子螺旋運動的手性半導體材料，這種材料能自然發射圓偏振光，有望大幅提升OLED螢幕的能源效率，併為自旋電子學與量子計算帶來新進展。

傳統無機半導體（如矽）具有對稱的內部結構，電子運動沒有特定方向。然而，自然界中許多分子具有手性結構，就像人類的左右手互為映象。這種手性在DNA形成等生物過程中至關重要，但在電子材料中控制手性一直是個難題。研究團隊從自然界汲取靈感，透過分子設計技巧，成功讓半導體分子堆疊形成有序的右旋或左旋螺旋柱，創造出一種手性半導體。

這種手性半導體在顯示技術中具有廣闊應用前景。目前的顯示螢幕由於光線過濾方式，常浪費大量能源。研究人員開發的手性半導體能以自然方式發射光線，減少能量損耗，使螢幕更亮且更節能。劍橋大學卡文迪許實驗室的Richard Friend教授表示：『當我開始研究有機半導體時，許多人質疑其潛力，如今它們已主導顯示技術。與剛性的無機半導體不同，分子材料提供了驚人的靈活性，讓我們能設計出全新的結構，如手性LED。』

這種半導體基於一種名為三氮雜蒽（TAT）的材料，能自組裝成螺旋堆疊結構，使電子沿其結構螺旋運動。埃因霍溫理工大學的Marco Preuss指出：『當TAT被藍光或紫外光激發時，會發射出具有強圓偏振的亮綠色光，這種效果在半導體中一直難以實現。』研究團隊透過改良OLED製造技術，成功將TAT整合到圓偏振OLED（CP-OLED）中，使其效率、亮度與偏振水平均創下紀錄。

這項研究是Friend教授團隊與埃因霍溫理工大學Bert Meijer教授團隊數十年合作的成果。Meijer教授表示：『這是製造手性半導體的真正突破。透過精心設計分子結構，我們將手性與電子運動耦合，這是前所未有的成就。』手性半導體的發展不僅推動了價值超過600億美元的有機半導體產業，也為量子計算與自旋電子學帶來新機遇，有望實現更快、更安全的計算系統。

這項研究部分由歐盟瑪麗居里培訓網路與歐洲研究委員會支援，相關成果已發表於《科學》期刊。