Вчені створили органічний напівпровідник, який змушує електрони рухатися спіраллю

Вчені створили органічний напівпровідник, що забезпечує електронам рух спіраллю. Це відкриття підвищить ефективність OLED-дисплеїв у телевізорах та смартфонах та знайде застосування у спинтроніку та квантових обчисленнях. Внутрішня структура більшості неорганічних напівпровідників, таких як кремній, є симетричною, тому електрони рухаються через них без кращого напрямку.

Однак у природі молекули часто мають хіральну структуру: хіральні молекули є дзеркальними відображеннями один одного, але при поєднанні у просторі не повторюють одна одну, як людські руки. Праві та ліві молекули значно відрізняються за властивостями. Хіральність відіграє важливу роль у біологічних процесах, але ускладнює роботу з органічними речовинами в електроніці.

Використовуючи молекулярні прийоми, натхненні природою, дослідники змогли створити хіральний напівпровідник, змусивши стоси напівпровідникових молекул формувати упорядковані праві чи ліві спіральні колони. Розроблений напівпровідник випромінює циркулярно поляризоване світло, що означає, що світло несе інформацію про «хіральність» електронів. Результати дослідження опубліковані в журналі Science.

«На відміну від жорстких неорганічних напівпровідників, ці матеріали пропонують неймовірну гнучкість, дозволяючи нам створювати нові структури, такі як хіральні світлодіоди. Це як працювати з набором Lego , де є всілякі форми, а не тільки прямокутні цеглини», — сказав професор сер Річард Френд (Richard Friend ), співавтор дослідження. 

Одне з перспективних застосувань хіральних напівпровідників – технології виготовлення дисплеїв. Ці прилади часто втрачають значну кількість енергії через методи фільтрації світла. Хіральний напівпровідник, розроблений дослідниками, природним чином випромінює світло таким чином, що може знизити ці втрати, роблячи екрани яскравішими та енергоефективнішими.

Напівпровідник зібраний з триазатруксена (TAT), здатного до самоорганізації в спіральні стоси органічного матеріалу. Отримана конфігурація дає електронам рухатися спірально, як із різьблення гвинта.

«При збудженні синім або ультрафіолетовим світлом TAT, що самоорганізується, випромінює яскраве зелене світло з сильною циркулярною поляризацією — ефект, якого досі було важко досягти в напівпровідниках. Структура TAT дозволяє електронам ефективно рухатися і одночасно впливає на те, як випромінюється світло», — сказав співавтор дослідження Марко Прейс (Marco Preuss).

Дослідники адаптували методи виготовлення OLED (органічних світлодіодів), і інтегрували TAT у працюючі циркулярно поляризовані OLED (CP-OLED). Створені ними пристрої показали рекордну ефективність, яскравість та рівень поляризації. Вчені кажуть, що це справжній прорив за рівнем контролю над рухом електронів у світлодіоді. Вони також вважають, що їхня робота важлива для квантових обчислень та спинтроніки — галузі досліджень, що використовує спин (власний момент імпульсу) електронів для зберігання та обробки інформації.