Organiczne półprzewodniki, rewolucję optoelektroniki

Organiczne półprzewodniki miały problem, który właśnie rozwiązano, zwiastując rewolucję optoelektroniki

Półprzewodniki organiczne (budowane głównie przez atomy węgla i wodoru) od dawna przyciągają wiele uwagi w rozwoju optoelektroniki. Nic w tym dziwnego, bo cechują się ogromną elastycznością, czyli jedną z kluczowych cech dla tej dziedziny technologii. Problem w tym, że odznaczają się jednocześnie niską mobilnością ładunków (np. elektronów), co ciągle próbuje się rozwiązać i tego właśnie niedawno dokonali naukowcy z Tokyo University of Science w Japonii. Ci opracowali organiczne interfejsy molekularne o zminimalizowanym niedopasowaniu strukturalnym i spontanicznym transferze elektronów, które mogą otworzyć drzwi do wysokowydajnej optoelektroniki.

Najnowsze organiczne półprzewodniki mogą wprowadzić potencjalną rewolucję optoelektroniki. Stworzyli je naukowcy z Japonii

Wspomniani naukowcy połączyli organiczne cząsteczki półprzewodników o podobnej strukturze, zapewniając światu interfejsy o lepszej jakości krystalicznej i wydajności transportu ładunków. Utorowali tym samym drogę do realizacji organicznej optoelektroniki o wysokiej mobilności ładunków, omijając problem generowany przez zjawisko sił van der Waalsa, dotyczący „słabych” wiązań kryształów organicznych.

Czytaj też: Hypersonix to kolejna firma, która może przyczynić się do hipersonicznych lotów pasażerskich

Te z jednej strony zapewniają im elastyczność, dzięki której organiczne półprzewodniki mogą być stosowane w elastycznej optoelektronice. Ta z kolei może dać życie elastycznym ogniwom słonecznym, czy wzbogaconych elektronikom ubraniach. Z drugiej jednak strony słabe wiązania obniżają mobilność ładunków, co sprawia, że m.in. nie przewodzą odpowiednio dobrze prądu. W tym właśnie miejscu wkroczyli naukowcy z Tokyo University of Science w Japonii, zwiększając wydajność transportu ładunków poprzez zminimalizowanie niedopasowania struktury krystalicznej pomiędzy warstwą krystaliczną a podstawą.

Czytaj też: Maseczki niczym smartwatche. FaceBit ma śledzić stan zdrowia użytkownika

W tym celu zespół wykorzystał powszechnie znane fakty. M. in. to, że półprzewodniki monokrystaliczne przewodzą prąd elektryczny znacznie lepiej niż ich formy niekrystaliczne i że kryształy złożone z cząsteczek organicznych mogą być hodowane tak, aby ich interfejsy były w niewielkim stopniu niedopasowane strukturalnie. Na tej podstawie zadali sobie pytanie, czy istnieje sposób na wykorzystanie tych właściwości do poprawy transportu ładunków w organicznych półprzewodnikach. Przeprowadzone eksperymenty im na to odpowiedziały.

Nasza praca może potencjalnie otworzyć niesprawdzoną dotąd drogę do realizacji organicznej optoelektroniki półprzewodnikowej o wysokiej mobilności. Dodatkowo, ponieważ organiczne półprzewodniki mogą być wytwarzane w postaci cienkich i lekkich kryształów, możliwe jest drukowanie urządzeń półprzewodnikowych na przezroczystych foliach i tkaninach z myślą o ubraniach. Co więcej, może to również doprowadzić do powstania wysoce wydajnych elastycznych ogniw słonecznych o lepszych parametrach niż w przypadku istniejących technologii

– spekuluje dr Yasuo Nakayama, stojący na czele zespołu naukowców z Tokyo University of Science w Japonii.

Czytaj też: Polacy też potrafią. Bezzałogowy wojskowy pojazd Perun wystrzelił przeciwpancerny pocisk kierowany Pirat

Okazało się, że organiczne półprzewodniki można ulepszyć pod kątem ich skuteczności przewodzenia prądu, projektując wysokiej jakości krystaliczny interfejs. Wykorzystano do tego specjalną technikę, która umożliwiła wzrost interfejsu na powierzchni pojedynczego kryształu rubrenu. Po pomiarach naukowcy wykazali jego wysoką krystaliczność wynikającą z minimalizacji niedopasowania struktury, co właśnie wyeliminowało problem mobilności ładunków (czyt. przewodności).