Organisk elektronik - hvordan man får kontakt mellem kulstofforbindelser og metal

Et internationalt hold af videnskabsmænd omkring Dr. Georg Heimel og Prof. Norbert Koch fra HZB og Humboldt University Berlin har afsløret mysteriet om, hvad metal og kulstofforbindelser har til fælles. Deres opdagelse muliggør mere fokuserede forbedringer af kontaktlag mellem metalelektroder og aktive materialer i organiske elektroniske enheder.

Indtil nu var det praktisk talt umuligt præcist at forudsige, hvilke molekyler der klarede sig godt på jobbet. De skulle grundlæggende identificeres ved trial-and-error.

"Vi har arbejdet med dette spørgsmål i en årrække nu og kunne endelig komme med et endegyldigt billede ved hjælp af en kombination af flere eksperimentelle metoder og teoretiske beregninger, " forklarer Georg Heimel. Forskerne undersøgte systematisk forskellige typer molekyler, hvis rygrad består af den samme kæde af fusionerede aromatiske kulstofringe. De adskilte sig kun i en lille detalje:antallet af oxygenatomer, der rager ud fra rygraden. Disse modificerede molekyler blev placeret på de typiske kontaktmetaller guld, sølv, og kobber.

Ved at bruge fotoelektronspektroskopi (UPS og XPS) ved HZB's egen BESSY II synkrotronstrålingskilde, forskerne var i stand til at identificere kemiske bindinger, der blev dannet mellem metaloverfladerne og molekylerne, samt at måle ledningselektronernes energiniveauer. Kolleger fra Tysklands Tübingen Universitet bestemte den nøjagtige afstand mellem molekylerne og metaloverfladerne ved hjælp af røntgenmålinger af stående bølger taget ved ESRF synkrotronstrålingskilden i Grenoble, Frankrig.

Disse eksperimenter viste, at ved kontakt mellem iltatomerne, der rager ud fra rygraden og flere af metallerne, molekylernes indre struktur ændrede sig på en sådan måde, at de mistede deres halvledende egenskaber og i stedet overtog overfladens metalliske egenskaber. På trods af lignende forudsætninger, denne effekt blev ikke observeret for det "nøgne"-rygradsmolekyle. Fra iagttagelsen af, hvilke molekyler der undergik denne slags drastiske ændringer på hvilket metal, forskerne kunne udlede generelle retningslinjer. "På dette tidspunkt, vi har en ret god fornemmelse af, hvordan molekyler bør se ud, og hvad deres egenskaber skal være, hvis de skal være gode formidlere mellem aktive organiske materialer og metalkontakter, eller, som vi kan lide at kalde det, god til at danne bløde metalliske kontakter, siger Heimel.