Российские исследователи разработали технологию выращивания органических полупроводниковых кристаллов, которые  можно будет использовать в гибких электронных устройствах.

Весь мир с нетерпением ожидает,  когда появятся по-настоящему гибкие электронные устройства, которые приведут к революции в дизайне компьютеров и мобильных устройств. Одним только гибким дисплеем тут не обойтись – нужны будут гибкие платы, микросхемы, батареи. Разработки в этой сфере идут полным ходом. Гиганты индустрии: LG, Sony и Samsung, вкладывают огромные деньги в исследования органической оптоэлектроники, которая обещает заменить кремниевые устройства легкими, гибкими и прозрачными электронными устройствами нового поколения, в том числе органическими светотранзисторами и лазерами с накачкой электрическим током.

Органические полупроводниковые кристаллы сулят настоящую революцию в органической оптоэлектронике.

Гибкий экран от фирмы LG, показанный на выставке CES 2016 (изображение ВВС)

Российские физики сумели вырастить органические полупроводниковые кристаллы с рекордно высокой светоизлучательной способностью, которые сулят настоящую революцию в органической оптоэлектронике. Очень важным моментом с точки зрения практического применения было то, что для выращивания кристаллов использовали технологии, которые ранее считались бесперспективными. Результаты работы ученые опубликовали в последнем номере журнала Applied Materials and Interfaces.

В команду исследователей вошли представители физического и химического факультетов МГУ, Новосибирских Института органической химии и Государственного университета, Института кристаллографии имени А.В. Шубникова РАН и Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН.

Считалось, что органические полупроводниковые кристаллы, выращенные путем кристаллизации из газообразного состояния, получаются намного лучше кристаллов, выращенных из растворов. Предполагалось, что из пара получаются кристаллы с меньшим количеством примесей. С этим не согласилась группа физиков из МГУ под руководством профессора Дмитрия Паращука. Для своей работы они использовали технологию растворного выращивания, которая, по их мнению, обладает целым рядом преимуществ.
.
В качестве основного материала для исследований были выбраны тиофен-фениленовые олигомеры (олигомеры – молекулы в виде цепочки из небольшого числа одинаковых составных звеньев, но недостаточно длинные, чтобы считаться настоящими полимерами). Нужные олигомеры были синтезированы химиками из МГУ и Института синтетических полимерных материалов РАН. А затем уже на физфаке МГУ из  раствора олигомеров были выращены кристаллы и измерены их люминесцентные и электрические свойства.

Главный результат исследования оказался ошеломляющим: кристаллы, полученные из раствора, светили сильнее, чем их аналоги, полученные по другим технологиям. Их квантовый выход (при люминесценции – это количество испущенных фотонов по отношению к поглощенным) достигал 60%, тогда как те же «паровые» кристаллы  давали не больше 38%.

Такое значительное различие в светимости авторы объясняют возможным подавлением в выращенных в растворе кристаллах  внутренних, безызлучательных каналов релаксации, забирающих часть энергии. В результате у кристалла остаётся намного меньше вариантов потерять энергию, и ему «приходиться» светиться. По-видимому, это не единственное объяснение, но уточнение этого вопроса – задача будущих исследований.

Применимость этих кристаллов в светотранзисторах и лазерах с электрической накачкой еще нужно доказать. «Получить такие лазеры, которые можно "зажигать", просто подключив пленку к источнику, люди мечтают давно, – говорит Паращук. –  Надеемся, что мы эту цель сможем приблизить».

По материалам МГУ