对光的关键特性的合作研究可能有助于双屏发光

包含有机材料的数字显示器开创了消费电子产品的新纪元，有助于大规模生产更亮的屏幕，这些屏幕与使用常规晶体材料制成的屏幕相比具有许多优势。例如，这些有机发光二极管或OLED可以使折叠式手机的制造成为可能，折叠式手机在打开时屏幕尺寸会翻倍。

然而，即使是当今生产中的最先进的OLED显示器也浪费了它们发出的大约一半的光——这一不足似乎是不可避免的，因为它源于光的物理学。由魏茨曼科学研究所研究员、凝聚态物理系严炳海教授领导的一项新研究可能会导致未来设备点亮OLED屏幕的方式发生变化。

在这项合作研究中，Yan及其同事发现了一种控制光的关键特性的新方法。这项涉及新材料和设备设计的技术为制造比目前市场上的屏幕亮度高一倍或能效高一倍的屏幕铺平了道路。它还可能带来比当今现有的数据传输速度快得多的数据传输能力，这些应用展示了下一代有机半导体的巨大潜力。

要理解为什么最先进的显示器具有亮度截止，我们必须首先考虑被称为手性或手性的光的特性，该术语源自希腊语中的“手”。它的含义取决于上下文。在物理学中，手性是指粒子与其运动相关的自旋转。当光子或电子流动时，它们会在空间中移动，但也会自旋。当这些粒子像子弹一样沿与它们行进的相同方向旋转时，我们称它们为右手手性;当它们逆着那个方向旋转时，它们具有左手手性。

在生物学和化学中，手性指的是彼此互为镜像的物体，例如两只手。例如，DNA、蛋白质和大多数其他天然存在的有机分子被称为右手分子。不同类型的手性之间存在相当大的相互作用。例如，有机材料中分子的几何手性决定了通过它们的粒子的手性。

这与许多显示应用相关，因为这些显示器有一个由手性材料制成的透明外层，它只允许单手性光(比如右手性)进出，阻挡其他手性光子的进入.它这样做是为了中和入射的环境光，其手性是混合的;如果允许通过，这种光线会降低屏幕的对比度，使其在日光下难以观看。

单手透明层对于在强光下操作显示器至关重要(尝试在没有它的情况下使用智能手机在正午导航)，但它很浪费。当现代屏幕的二极管向屏幕表面发射通常具有混合手性的光时，这种光的一半光子无法到达观看者，因为它们的手性与透明外层的手性不匹配，透明外层被固定以中和环境光。

但这可能即将改变。

在这项新研究中，Yan和他的团队提议以以前认为不可能的方式控制光子的手性。该提案涉及主要发射一种手性光的二极管——与透明外层的手性相匹配的光。这可以通过制造同时向相反方向发光的二极管来实现——一个朝前，另一个朝后——并配备一个涂有含有手性有机材料的聚合物的背板。

二极管的一半光(具有与透明层匹配的手性的光)不受阻碍地穿过该层。但剩下的一半并没有丢失。相反，它会来回反弹，直到撞到二极管的背面聚合物面板，从而翻转其手性。这种聚合物的设计方式使其包含的手性信息有效地转化为电子的旋转，然后转化为光的手性，从而导致强偏振光发射。

奇怪的发现，理论的必然结果

该研究从最初看起来非常奇怪的实验结果开始。

时任瑞典林雪平大学博士后研究员的李万博士发现了我们现在所知的一种在有机器件中控制和放大光手性的方法。

“这些发现与该领域已知的一切背道而驰，其他科学家很难相信万的结果。他们说他的实验可能出了点问题，”闫回忆道。

万和他的博士。导师AlasdairCampbell教授表明，他们可以通过改变产生电流的电池的极性来翻转实验装置中电子流的手性。每次他们翻转电源的极性时，电子流的手性都会不断变化。由于他们没有改变材料，这一发现与当时的所有教科书知识相悖。

坎贝尔确信他们正在做一些重要的事情，但他于2021年去世，当时万还没有来得及从理论上支持他的发现。在Campbell去世后，Wan找到了Yan，他在网上听到了Yan关于手性的在线讲座。在那次演讲中，Yan谈到了他的理论，该理论使用量子物理学的概念解释了材料的手性如何决定电子流的手性。

Yan开始与Wan和另外两位科学家，Weizmann凝聚态物理系的YizhouLiu博士和伦敦帝国理工学院的MatthewJ.Fuchter教授一起分析Wan的实验。Yan不得不扩展他的手性理论以解释Wan的结果，但Yan最终表明这些发现实际上是他自己理论的必然结果。此外，科学家们发现，他们还可以通过确保光子沿着与电子流相同的轨迹飞出来控制电子流发出的光的手性，从而保持它们的子弹状旋转。

“我们揭示了手性看似无关的方面之间的有趣统一：材料的结构几何形状、电子流的旋向性，最后是光的旋向性，”Yan在总结这项新研究时说。

除了提高我们屏幕的效率外，该研究的发现还可以应用于实现快速数据传输。例如，它们可以用来制造光开关，其工作速度比任何机械开关都要快得多，可以翻转光子流的手性——比如，右手表示0，左手表示1——通过切换电极性。

最后但同样重要的是，这项研究的另一个结果是教科书需要更新以解释Yan的手性理论。

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