Разработан органический полупроводник, который направляет электроны по спиральной траектории. Данное достижение позволит увеличить эффективность OLED-дисплеев, используемых в телевизорах и смартфонах, а также откроет новые возможности для спинтроники и квантовых вычислений.
Благодаря симметричной внутренней структуре, свойственной большинству неорганических полупроводников, например кремния, электроны перемещаются через них в любом направлении.
В природе молекулы нередко обладают хиральной структурой. Такие молекулы представляют собой зеркальные отражения друг друга, однако при попытке совместить их в пространстве не повторяют друг друга, как человеческие руки. Правые и левые молекулы значительно отличаются по свойствам. Хиральность играет важную роль в биологических процессах, но затрудняет работу с органическими веществами в электронике.
Благодаря методам, основанным на природных молекулярных процессах, ученым удалось синтезировать хиральный полупроводник. Он обеспечивает упорядоченное формирование право- или левосторонних спиральных колонн из полупроводниковых молекул. Полученный полупроводник испускает циркулярно поляризованный свет, что свидетельствует о переносе информации о «хиральности» электронов. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
«В отличие от традиционных неорганических полупроводников, эти материалы обладают исключительной гибкостью, что открывает возможности для разработки принципиально новых конструкций, например, хиральных светодиодов. Это похоже на работу Lego, в мире существует множество вариантов, а не только стандартные прямоугольные блоки», — отметил профессор сэр Ричард Френд ( Richard Friend), соавтор исследования.
Одним из многообещающих направлений использования хиральных полупроводников являются технологии производства дисплеев. В этих устройствах часто наблюдаются существенные потери энергии, связанные с методами фильтрации света. Разработанный учеными хиральный полупроводник обладает способностью к естественному излучает свет таким образом, что может снизить эти потери, делая экраны ярче и энергоэффективнее.
Триазатруксен (TAT), из которого состоит полупроводник, обладает способностью к самоорганизации, формируя спиральные структуры органического материала. Такая конфигурация обеспечивает спиральное движение электронов, аналогичное движению по резьбе винта.
«Воздействие синим или ультрафиолетовым светом вызывает у самоорганизующегося TAT излучение интенсивного зеленого света, характеризующегося высокой степенью круговой поляризации — явления, которое ранее было сложно реализовать в полупроводниках. Конструкция TAT обеспечивает эффективное перемещение электронов и одновременно определяет особенности светоизлучения», — отметил соавтор исследования Марко Прейсс ( Marco Preuss).
Исследователи адаптировали методы изготовления OLED (органические светодиоды) и внедрили TAT в функционирующие циркулярно поляризованные OLED (CP-OLED). Разработанные ими устройства продемонстрировали выдающуюся эффективность, яркость и степень поляризации.
Ученые говорят, ученые назвали это достижение «настоящим прорывом» в области управления движением электронов в светодиоде. Они также подчеркивают значимость своей работы для квантовых вычислений и спинтроники — направления исследований, применяющего спин электронов для хранения и обработки данных.