Новости

31 марта, 2022 16:08

Российские ученые создали материал для прозрачных ультратонких экранов

Источник: Газета.ru
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.

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, Института синтетических полимерных материалов имени Н. С. Ениколопова РАН, Сколковского института науки и технологий, Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН, Новосибирского института органической химии имени Н. Н. Ворожцова СО РАН, Новосибирского государственного университета и немецкого Зигенского университета 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.

«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 гранта РНФ Дмитрий Паращук, доктор физико-математических наук, профессор МГУ и ведущий научный сотрудник ИСПМ РАН.

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.


1 июня, 2022
Российские ученые сделали шаг к возможности управления эволюцией
Ученым Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН впервые удалось пронаблюдать проявление...
31 мая, 2022
Ученые ИТМО создали систему кубитов для защиты квантовых вычислений
Физики ИТМО рассмотрели движение пары фотонов в двумерном массиве сверхпроводящих кубитов и доказа...