突破壁垒：哈工深新型LED技术实现效率与纯度兼得，重塑3D显示未来
你是否曾好奇，为什么LED技术总是难以兼顾效率与纯度？在圆偏振发光二极管（CP-LED）领域，这一矛盾长期困扰着研究者：提升发光效率往往意味着牺牲偏振纯度，而追求高纯度又会拉低效率。
如今，哈尔滨工业大学（深圳）与南开大学联合团队在《自然·通讯》发表重磅成果[1]，通过手性钙钛矿量子点与创新配体交换策略，成功打破这一僵局，在单一器件中同步实现高电致发光不对称因子与高外量子效率。
研究核心突破在于，R型器件在绿光波段外量子效率达16.8%，电致发光不对称因子为0.285；S型器件亦达到16.0%和0.251。这一数据不仅领先现有技术，更实现了关键指标的三倍提升。
图丨手性钙钛矿量子点自旋发光二极管的性能表现（来源：Nature Communications）
论文通讯作者之一、哈工深教授陈怡沐指出：“此前最优技术仅实现16%效率与0.1不对称因子。我们的工作在不牺牲效率的前提下，将不对称因子提升近三倍，标志着核心性能的同步飞跃。”
图丨陈怡沐（来源：陈怡沐）
“CP-LED的核心挑战在于平衡发光性能与偏振纯度，”陈怡沐强调，“我们的技术首次在单器件中实现二者兼优。”
传统CP-LED采用二维手性钙钛矿，载流子在传输中易发生自旋弛豫，导致偏振光纯度不足。若强化结构保持自旋，又会引入缺陷降低效率。
这一突破竟源于“意外”。团队最初专注于材料合成，测试器件时却意外发现优异性能。“我们并未直奔器件应用，但结果促使我们深挖机制，”陈怡沐坦言。
团队发现，量子点的强几何限域效应如同“微观陷阱”，能紧密束缚激子，避免自旋弛豫。通过手性诱导自旋选择性效应，量子点可快速筛选特定自旋载流子，实现“瞬态复合发光”，在高效发光的同时保持高偏振纯度。
图丨手性钙钛矿量子点的优化与自旋选择性机制（来源：Nature Communications）
实现这一机制的关键在于材料工艺。团队开发超声辅助配体交换策略，高效置换量子点表面配体，提升手性配体交换效率从15.7%至43.9%。该方法不仅增强手性光学活性，还钝化表面缺陷，使薄膜光致发光量子产率达94%，载流子寿命显著延长。
从材料到器件，团队历经三年打磨。投稿后，针对审稿人指出的稳定性问题，他们耗时三个月优化结构，改善效率滚降与开启电压。最终器件在100 cd/m²初始亮度下半衰期约19.8小时，连续运行220分钟无衰减。
在3D显示领域，该技术可呈现沉浸式立体影像，还原真实空间信息。结合机器学习感知器件，更能应用于危险环境远程交互，实现“隔空感知”。
陈怡沐表示，团队已开发圆偏振敏感视网膜形态器件，模拟人眼功能并集成偏振光感知，拓展信息维度。当前CP-LED不对称因子实现数倍提升，产业化虽需攻克稳定性，但基于非手性钙钛矿技术经验，团队对前景充满信心。
这项突破不仅破解了技术矛盾，更开启了3D显示与人机交互的新纪元。关注前沿科技动态，共同见证创新如何改变世界！
参考资料：
1.https://www.nature.com/articles/s41467-025-57472-8
运营/排版：何晨龙
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