Створено органічні кристали для гнучких екранів та лазерів
Дешеве виробництво гнучких та прозорих електронних пристроїв може стати реальністю. українські фізики зуміли виростити органічні кристали, які значно доступніші та ефективніші за своїх попередників.
Пар чи рідина?
Органічна оптоелектроніка — область досліджень, що стрімко розвивається і обіцяє зробити доступними легкі, гнучкі та прозорі електронні пристрої нового покоління, такі як органічні світлотранзистори та органічні лазери з накачуванням електричним струмом — заповітною мрією будь-якого лазерника. Це дуже перспективна область: завдяки хоч би вже своїй доступності органічні напівпровідники, в принципі, можуть навіть потіснити кремній із його електронного трону.
Від вибуху гаджетів врятують вуса
Досі вважалося, що органічні напівпровідникові кристали, вирощені шляхом кристалізації з парової фази, набагато кращі за ті, що вирощені з розчинів, оскільки з пари можна отримувати більш чисті, вільні від домішок структури. Група фізиків з МДУ під керівництвом професора Дмитра Паращука належить до тих дослідників, які цієї думки не поділяють і покладаються на розчинне вирощування з низки причин, зокрема через простіші та дешевші технології, які застосовуються при цьому. Як з'ясувалося, дослідники не дарма віддавали перевагу розчинам:
вченим вдалося виростити органічні напівпровідникові кристали з рекордно високою світловипромінювальною здатністю, які обіцяють справжню революцію в органічній оптоелектроніці.
Квантовий вихід перевершив очікування
Як основний полімер для досліджень ними були обрані так звані тіофен-феніленові олігомери. Потрібні молекули були синтезовані їм хіміками –колегами з МДУ та Інституту синтетичних полімерних матеріалів РАН. З цих молекул на фізфаку МДУ були з розчину вирощені кристали, тут же виміряно їх люмінесцентні та електричні властивості.
Як продовжити життя акумулятора
Головний результат цього дослідження виявився приголомшливим: розчинні кристали світили сильніше, ніж їх аналоги, отримані іншими дослідниками з пари.
Їхній квантовий вихід (тобто кількість випущених фотонів по відношенню до поглинених) досягав 60%, тоді як ті ж кристали, але «на пару», давали не більше 38%.
Така разюча різниця у світності фізики пояснюють зокрема тим, що, можливо, при розчинному вирощуванні в кристалах пригнічуються деякі внутрішні, безвипромінювальні канали релаксації, що забирають він частина поглиненої енергії, проте, очевидно, це єдине пояснення.
«Ми вже знайшли причини такого високого квантового виходу, але ще не готові оприлюднити їх. Це справа нашого майбутнього дослідження», - заявив професор Паращук.
Гнучкі екрани та лазери
Світність виявилася не єдиним плюсом «розчинних» методик. В одному зі своїх минулих досліджень група Паращука виявила, що можна вирощувати кристали на поверхні розчину замість твердої підкладки за рахунок сил поверхневого натягу. І ці кристали за якістю не поступаються кристалам «з пари».
Як заплутати і розплутати світло
«Ми показали, що можна різними способами вирощувати кристали на поверхні рідини, — каже професор Паращук. — Грубо кажучи, всі ці способи зводяться до того, що, помістивши розчин із молекулами в якусь посудину і почавши охолоджувати її, ми, за певних умов, дозволяємо молекулам осідати на поверхні, на кордоні."рідина - повітря".
Оскільки ця поверхня майже ідеальна, то кристали на ній ростуть дуже хороші, що за якістю та електронними характеристиками не поступаються вирощеним з пари.
Більш того, поверхня кристала виходить дуже гладкою, з ангстремними шорсткістю, що дозволяє створювати на їх основі польові транзистори, де ця якість незамінна».
Фізик підкреслює, що застосування їх кристалів у світлотранзисторах, а отже, і в органічній оптоелектроніці, — це поки що тільки припущення, справедливість якого ще треба доводити. Однак якщо кристали вдасться застосувати на практиці, вони зроблять виробництво гнучких та прозорих електронних пристроїв значно дешевшим. Те саме можна сказати і про можливе отримання на цій основі лазерів з електричним накачуванням, тобто лазерів, керованим електричним струмом. «Отримати такі лазери, які можна «запалювати», просто підключивши плівку до джерела, люди мріють давно, але поки що вони не отримані, — каже Паращук. — Ми сподіваємось, що за допомогою органічних кристалів ми цю мету зможемо наблизити. Поєднання хорошої провідності та високої ефективності випромінювання світла дозволяє сподіватися, що саме на таких кристалах буде зроблено перший лазер з електричним накачуванням».