Passer én størrelse alle? En ny model for organiske halvledere

Organiske materialer, der kan lede ladning, har potentialet til at blive brugt i en bred vifte af spændende applikationer, herunder fleksible elektroniske enheder og billige solceller. Imidlertid, til dato, kun organiske lysemitterende dioder (OLED'er) har haft en kommerciel indflydelse på grund af huller i forståelsen af ​​organiske halvledere, der har begrænsede forbedringer til ladebærers mobilitet. Nu har et internationalt hold inklusive forskere fra Osaka University demonstreret mekanismen for ladningsmobilitet i en organisk enkelt krystal. Deres resultater er offentliggjort i Videnskabelige rapporter .

I et forsøg på at forbedre ladningsbærerens mobilitet i organiske krystaller, betydelig opmærksomhed har været fokuseret på at forstå, hvordan den elektroniske struktur af organiske enkeltkrystaller tillader bevægelse af ladning. At analysere højt ordnede enkeltkrystaller i stedet for prøver, der indeholder mange defekter og lidelser, giver det mest nøjagtige billede af, hvordan ladningsbærerne bevæger sig i det organiske materiale.

Forskerne analyserede en enkelt krystal af rubren, hvilken, på grund af dens høje lademobilitet, er et af de mest lovende ledende organiske materialer. Imidlertid, på trods af rubrenes popularitet, dens elektroniske struktur er ikke godt forstået. De fandt ud af, at teoribaserede konklusioner fra tidligere arbejde var unøjagtige på grund af molekylære vibrationer ved stuetemperatur, som er en konsekvens af materialets fleksibilitet.

"Vi har demonstreret en ny mekanisme, der ikke er observeret for traditionelle uorganiske halvledermaterialer, ", forklarer den tilsvarende forfatter Kazuyuki Sakamoto. "Uorganiske halvledere såsom silicium, som er meget udbredt i elektronik, er generelt hårde, ufleksible materialer; derfor, visse antagelser lavet for disse materialer oversættes ikke til organiske ledende materialer, der er mere fleksible."

Den vellykkede forberedelse af en enkelt rubrenkrystalprøve af ultrahøj kvalitet gjorde det muligt at udføre eksperimenter, der gav en definitiv sammenligning med tidligere data. Eksperimenterne fremhævede begrænsningerne af tidligere antagelser og afslørede indflydelsen af ​​andre faktorer såsom elektrondiffraktion og molekylære vibrationer.

"Ved pålideligt at demonstrere stuetemperaturadfærden af ​​et organisk ledende materiale og omformulere tankerne bag tidligere konklusioner, der er blevet draget, vi har givet et meget klarere grundlag for forskning fremadrettet, " Professor Sakamoto forklarer. "Vi håber, at denne indsigt vil fremskynde udviklingen af ​​fleksible ledende enheder med en bred vifte af spændende funktioner."