对光的关键特性的合作研究可能有助于双屏幕发光

由有机材料组成的数字显示器为消费电子产品带来了一个新时代，有助于大规模生产更明亮的屏幕，这些屏幕比普通晶体材料制成的屏幕具有许多优势。例如，这些有机发光二极管或OLED可以制造可折叠手机，打开时屏幕尺寸翻倍。

然而，即使是当今生产中最先进的OLED显示器也浪费了大约一半的光 - 这一缺陷似乎是不可避免的，因为它源于光的物理学。由魏茨曼科学研究所研究员，凝聚态物理系的Binghai Yan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。这种技术涉及新材料和设备设计，为制造亮度是目前市场上的屏幕的两倍或节能两倍铺平了道路。它还可能导致比现有数据传输能力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，我们必须首先考虑称为手性或手性(源自希腊语“手”)的光的特性。它的含义取决于上下文。在物理学中，手性是指粒子相对于其运动的自旋转。当光子或电子流动时，它们在空间中移动，但它们也会旋转。当这些粒子像一样以它们行进的相同方向旋转时，我们称它们的手性为右手;当它们逆向旋转时，它们具有左手手性。

在生物学和化学中，手性是指彼此镜像的物体，就像两只手一样。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旋分子。不同类型的手性之间有相当大的相互作用。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。

这与许多显示器应用有关，因为这些显示器具有由手性材料制成的透明外层，该外层仅允许单手光(例如右手光)进出，从而阻止其他手性的光子进入。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，使其难以在日光下观看。

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)，但它是浪费。当现代屏幕的二极管向屏幕表面发射光(通常具有混合手性)时，这种光的光子的一半无法到达观看者，因为它们的手性与透明外层的手性不匹配，透明外层是固定的，以中和环境光。

但这种情况可能即将改变。

在这项新研究中，Yan和他的团队提出了以以前认为不可能的方式控制光子的手性。该提案涉及二极管，其主要发射一种手性光 - 与透明外层的手性相匹配的光。这可以通过创建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 - 并配备涂有含有手性有机材料的聚合物的背板。

二极管的一半光，即具有与透明层相匹配的手性，不受阻碍地穿过该层。但剩下的一半并没有丢失。相反，它来回反弹，直到撞到二极管的后聚合物面板，从而翻转其手性。这种聚合物的工程设计方式是，它所包含的手性信息被有效地转化为电子的旋转，然后转化为光的手性，导致强偏振光发射。

奇怪的发现，理论的必然结果

这项研究始于最初看起来非常奇怪的实验结果。

当时在瑞典林雪平大学担任博士后研究员的李万博士发现了我们现在所知道的控制和放大有机器件中光手性的方法。

“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有问题，“Yan回忆道。

Wan和他的博士导师Alasdair Campbell教授已经证明，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，电子流的手性就会持续变化。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背道而驰。

坎贝尔确信他们正在做一些重要的事情，但他于 2021 年去世，在万能够从理论上支持他的发现之前。坎贝尔去世后，万找到严，他听过他关于手性在线讲座的演讲。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和另外两位科学家一起分析Wan的实验，他们是魏茨曼凝聚态物理系的Yizhou Liu博士和伦敦帝国理工学院的Matthew J. Fuchter教授。Yan不得不扩展他的手性理论，以便解释Wan的结果，但Yan最终表明这些发现实际上是他自己的理论的必然结果。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，从而保持其般的旋转。

“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，电子流的手性，最后是光的手性，”Yan说，总结了这项新研究。

除了提高屏幕的效率外，研究结果还可以应用于实现快速数据传输。例如，它们可以用来制造比任何机械开关工作得快得多的光学开关，通过切换电极来翻转光子流的手性——比如，右手表示0，左手表示1。

最后但并非最不重要的一点是，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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