Новости

31 марта, 2022 12:05

Ученые создали материал для прозрачных ультратонких и гибких экранов

Российские ученые при участии немецкого коллеги получили новый материал, который сочетает в себе два важных для оптоэлектроники свойства: высокую подвижность зарядов и способность к люминесценции. На его основе они создали первый органический 2D-светотранзистор, открывающий путь к гибким прозрачным источникам света и экранам нового типа. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Advanced Electronic Materials.
Структура и фотография работающего органического 2D-светотранзистора. Источник: Fedorenko et al. / Adv. Electron. Mater., 2022

Двумерные (2D) полупроводники позволяют изготавливать сверхтонкие прозрачные электронные устройства, необходимые для развития интернета вещей и сенсорики. Свойства этих материалов открывают возможности к созданию гибкой, сверхтонкой, прозрачной и дешевой электроники. Полупроводники состоят из одного или нескольких слоев органических молекул и, если их удается упаковать в макроскопические монокристаллы размерами со стандартную подложку (порядка 1 см), они становятся идеальным материалом для транзисторов — базовых элементов любых электронных устройств: датчиков, сенсоров, пикселей дисплеев, источников света и подобных.

В последние годы органические 2D-материалы показали себя не менее эффективными, чем 3D-аналоги. Например, они обладают более подвижными носителями заряда — эта характеристика определяет проводимость и быстродействие устройства. Особым спросом в органической оптоэлектронике пользуются 2D-материалы, которые сочетают в себе как высокую подвижность носителей заряда, так и люминесценцию. В частности, их используют для создания органических светотранзисторов — устройств, способных управлять электрическим током и излучать свет. Они могут служить активными пикселями в экранах и элементами различных сенсоров, а также быть платформой для управляемых током органических лазеров. Однако до недавнего времени не было известно о 2D-монокристаллах органических полупроводников, которые сочетали бы в себе оба полезных свойства.

Коллектив ученых из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова(Москва), Института синтетических полимерных материалов имени Н. С. Ениколопова РАН (Москва), Сколковского института науки и технологий (Москва), Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН (Москва), Новосибирского института органической химии имени Н. Н. Ворожцова СО РАН (Новосибирск), Новосибирского государственного университета (Новосибирск) и Зигенского университета (Германия) разработал и получил органический 2D-полупроводник, обладающий высокой подвижностью зарядов и выраженной люминесценцией.

Ученые синтезировали новые молекулы на основе жесткого центрального фрагмента, который состоит из ароматических колец и отвечает за полупроводниковые и светоизлучающие свойства. Также его модифицировали длинными гибкими алкильными «хвостами» для увеличения растворимости. Такая молекулярная структура позволила вырастить из раствора 2D-монокристаллы размерами до одного миллиметра. Полученный материал изучили методами оптической, атомно-силовой и фотолюминесцентной микроскопии.

Выращенные 2D-кристаллы обладали подвижностью носителей заряда на порядок выше, чем в аморфном кремнии — основном материале транзисторов, используемых в современных экранах смартфонов, планшетов и телевизоров. Также структуры выдерживали повышенные температуры — свыше 200ºС, в то время как многие популярные органические полупроводники, например полимеры и низкомолекулярные соединения, используемые в органических светодиодах и солнечных батареях, теряют свои кристаллические свойства при таком нагреве. Важно и то, что ученые продемонстрировали первый 2D-органический светотранзистор, разработанный на основе нового материала.

«Исследование показало, что высокая подвижность носителей заряда и ярко выраженные люминесцентные свойства могут быть объединены в одном органическом 2D-кристалле. За счет своих свойств созданный материал перспективен для оптоэлектроники нового поколения, а на его основе можно разработать ультратонкие источники света высокой яркости и различные сенсоры», — комментирует руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Дмитрий Паращук, доктор физико-математических наук, профессор МГУ и ведущий научный сотрудник ИСПМ РАН.

18 мая, 2022
Новые графитоподобные катализаторы помогут с рекордной эффективностью получать топливо для солнечной водородной энергетики
Новосибирские ученые предложили метод синтеза высокоактивного фотокатализатора для получения водород...
16 мая, 2022
Ученые синтезировали стабильные светящиеся нанометки, перспективные для диагностики рака
Санкт-Петербургские физики вместе с коллегами из Городского университета Гонконга предложили способ ...