Organische Halbleiter werden am Rande komisch | 2020

Inhaltsverzeichnis:

Anonim

Die Arbeit, veröffentlicht diese Woche in Naturkommunikation , beschreibt, wie sich die elektronischen Eigenschaften an den Rändern organischer molekularer Systeme vom Rest des Materials unterscheiden.

Organische Materialien - Kunststoffe - sind für den Einsatz in Solarmodulen, Leuchtdioden und Transistoren von großem Interesse. Sie sind kostengünstig, leicht und benötigen weniger Energie als Silizium. Schnittstellen - bei denen ein Materialtyp auf einen anderen trifft - spielen eine Schlüsselrolle für die Funktionalität all dieser Geräte.

"Wir haben festgestellt, dass die durch die Polarisation verursachte Energieverschiebung vom Rand dieser Materialien zum Innenraum erheblich ist und bei der Konstruktion von Bauteilen nicht vernachlässigt werden kann", sagt Katherine Cochrane, die leitende Autorin der Studie.

"Während wir einige Unterschiede erwartet hatten, waren wir überrascht, wie groß der Effekt war und dass er auf der Skala eines einzelnen Moleküls auftrat", fügt die UBC-Forscherin Sarah Burke, Expertin für nanoskalige elektronische und optoelektronische Materialien und Autorin des Papiers, hinzu.

Die Forscher untersuchten "Nano-Inseln" von organischen Molekülclustern. Die Moleküle wurden auf einem Silberkristall abgeschieden, der mit einer ultradünnen Salzschicht von nur zwei Atomen Tiefe beschichtet war. Das Salz ist ein Isolator und verhindert, dass Elektronen in den organischen Molekülen mit denen im Silber interagieren - die Wechselwirkungen der Moleküle wollten die Forscher isolieren.

Die Moleküle am Rand der Nanoinseln hatten nicht nur ganz andere Eigenschaften als in der Mitte, die Variation der Eigenschaften hing auch von der Position und Orientierung anderer Moleküle in der Nähe ab.

Die Forscher, die Teil des Quantum Matter Institute von UBC sind, haben ein einfaches analytisches Modell verwendet, um die Unterschiede zu erklären, die erweitert werden können, um Grenzflächeneigenschaften in viel komplexeren Systemen vorherzusagen, wie sie in einem realen Gerät anzutreffen sind.

"Herbert Kroemer sagte in seinem Nobel-Vortrag, dass die Schnittstelle das Gerät ist und dies auch für organische Materialien gilt", sagt Burke. "Die Unterschiede, die wir an den Rändern von Molekülclustern festgestellt haben, unterstreichen einen Effekt, den wir bei der Entwicklung neuer Materialien für diese Geräte berücksichtigen müssen, aber wahrscheinlich warten noch viele weitere Überraschungen darauf, entdeckt zu werden."

Cochrane und Kollegen planen, weiterhin zu untersuchen, was an Grenzflächen in diesen Materialien passiert, und mit Materialchemikern zusammenzuarbeiten, um die Entwurfsregeln für die Struktur und die elektronischen Eigenschaften zukünftiger Geräte festzulegen.

Methoden

Das Experiment wurde im UBC-Labor für atomare Bildgebung durchgeführt. Es verfügt über drei speziell entworfene ultraleise Räume, in denen die Instrumente völlig still sitzen und ihre heiklen Messungen durchführen können. Dies ermöglichte den Forschern, dichte Datensätze mit einem Werkzeug, dem sogenannten Rastertunnelmikroskop (STM), aufzunehmen, das ihnen die Energieniveaus im Realraum auf der Skala einzelner Atome zeigte.