Российские физики из Московского Государственного Университета им.М.В.Ломоносова совместно с зарубежными коллегами научились выращивать органические полупроводниковые кристаллы. Их можно будет использовать в гибких электронных устройствах будущего.
Органическая оптоэлектроника — это стремительно развивающаяся область исследований, которая обещает сделать доступными лёгкие, гибкие и прозрачные электронные устройства нового поколения. Например, это могут быть органические светотранзисторы и органические лазеры с накачкой электрическим током.
По мнению учёных, это перспективная область. Благодаря хотя бы уже своей доступности органические полупроводники могут даже потеснить кремний с его электронного "трона".
До сих пор считалось, что органические полупроводниковые кристаллы, выращенные с помощью осаждения из паровой фазы, намного предпочтительнее тех, что выращены из растворов, поскольку из пара можно получать более чистые, более свободные от примесей структуры.
Однако команда учёных под руководством профессора Дмитрия Паращука полагается на выращивание из раствора.
Учёные выбрали для исследований так называемые тиофен-фениленовые олигомеры. Нужные молекулы были синтезированы для них химиками из МГУ и Института синтетических полимерных материалов РАН. Из раствора с этими молекулами были выращены кристаллы. Исследователи измерили их люминесцентные и электрические свойства.
Выяснилось, что "растворные" кристаллы светили ярче, чем их аналоги. Их квантовый выход, то есть количество испущенных фотонов (частиц света) по отношению к поглощённым, достигал 60 процентов. Отмечается, что те же кристаллы, но "на пару", выдавали не больше 38 процентов.
По мнению физиков, такая разница объясняется тем, что, возможно, при растворном выращивании в кристаллах подавляются некие внутренние, безызлучательные каналы релаксации, забирающие на себя часть поглощённой энергии.
"Мы уже нашли причины такого высокого квантового выхода, но ещё не готовы их обнародовать. Это дело нашего будущего исследования", — рассказывает Паращук.
Светимость оказалась не единственным плюсом "растворных" методик. В одном из своих прошлых исследований группа Паращука обнаружила, что можно выращивать кристаллы на поверхности раствора вместо твёрдой подложки — за счёт сил поверхностного натяжения (благодаря которым, например, тонкая иголка остаётся лежать на поверхности воды в самодельном компасе). И эти кристаллы по качеству не уступают кристаллам "из пара".
"Мы показали, что можно различными способами растить кристаллы на поверхности жидкости, — добавляет профессор Паращук. — Все эти способы сводятся к тому, что, поместив раствор с молекулами в какой-то сосуд и начав охлаждать его, мы, при некоторых условиях, позволяем молекулам осаждаться на поверхности, на границе "жидкость-воздух".
По его словам, поскольку эта поверхность почти идеальна, то кристаллы на ней растут очень хорошие, по качеству и электронным характеристикам не уступающие выращенным из пара. "Больше того, поверхность кристалла получается очень гладкой, с ангстремными шероховатостями, что позволяет создавать на их основе полевые транзисторы, где это качество незаменимо", — говорит учёный.
Под ангстремными шероховатостями подразумеваются неровности получаемого кристалла шириной приблизительно в микрометр.
Паращук подчёркивает, что применимость их кристаллов в светотранзисторах, а значит, и в органической оптоэлектронике — это пока только предположение, справедливость которого ещё нужно доказывать. То же самое можно сказать и о возможном получении на этой основе лазеров с электрической накачкой, то есть лазеров, управляемых электрическим током.
"Получить такие лазеры, которые можно "зажигать" просто подключив плёнку к источнику, люди мечтают давно, но пока ещё они не получены, — говорит учёный. — Мы надеемся, что с помощью органических кристаллов мы эту цель сможем приблизить.
Сочетание хорошей проводимости и высокой эффективности излучения света позволяет надеяться, что именно на таких кристаллах будет сделан первый лазер с электрической накачкой".
Результаты работы учёные опубликовали в журнале Applied Materials and Interfaces.
