Физики создали «автостраду для экситонов» в органическом полупроводнике

Сворачиваемые в рулон телевизионные экраны и солнечные батареи, вплетенные в ткань рюкзака — все это могут сделать возможным усовершенствованные органические полупроводники, в которых электроны движутся быстрее и дальше, чем в обычных проводящих полимерах.

Мадалина Фурис (Madalina Furis) и ее коллеги из Вермонтского университета (UVM) изобрели способ создания «скоростной магистрали для электронов» в одном из таких материалов — дешевом синем пигменте, фталоцианине. О своем открытии они рассказали в выпуске Nature Communications от 14 сентября.

С помощью новой техники визуализации материаловеды UVM смогли наблюдать в наномасштабе дефекты и границы кристаллических зерен в тонких пленках фталоцианина, препятствующие продвижению электронов. «Мы открыли, что есть холмы, которые электроны должны преодолевать, и впадины, которых они должны избегать», — рассказывает Фурис.

Для того, чтобы найти эти дефекты ученые при помощи Национального научного фонда (NSF) сконструировали сканирующий лазерный микроскоп. Этот инструмент использует сочетание особым образом линейно поляризованного света и фотолюминесценции для оптического изучения молекулярной структуры кристаллов фталоцианина.

Применение нового метода позволило ученым понять, как именно расположение молекул и границ в кристаллах создает барьеры для диффузии экситонов, а также, что такие барьеры могут быть полностью устранены. Ключ к этому — в тщательном контроле за нанесением тонких пленок.

Используя методику «написания ручкой» с тонким капилляром, в лаборатории UVM удалось сформировать пленки с гигантскими кристаллитами и «границами с небольшими углами». Подобно магистралям без стоп-сигналов, такие структуры позволяют экситонами быстро перемещаться на большие расстояния.

Помимо фталоцианина, на котором было сосредоточено исследование, описанное в Nature Communications, полученные результаты применимы ко многим другим типам органических материалов. В частности, особенно многообещающими открывающиеся перспективы выглядят для солнечных элементов. Хотя экситоны электрически нейтральны, они могут переносить по «молекулярной автостраде» поглощенную солнечную энергию, и в конце расщепляться на заряды, преобразуемые в электрический ток.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI