Raziskovalci so naredili pomemben preboj na področju organskih polprevodnikov, s čimer odpirajo nove možnosti za prihodnost elektronike. Skupina znanstvenikov z Univerze v Cambridgeu in Tehnološke univerze v Eindhovnu je razvila organski polprevodnik, ki sili elektrone v spiralno gibanje. Ta inovacija bi lahko izboljšala učinkovitost OLED zaslonov v televizorjih in pametnih telefonih ter podprla razvoj naprednih računalniških tehnologij, kot sta spintronika in kvantno računalništvo.
Svetloba, ki prenaša informacijo
Razvit polprevodnik oddaja krožno polarizirano svetlobo, kar pomeni, da svetloba nosi informacije o ‘smeri’ elektronov. Večina anorganskih polprevodnikov, kot je silicij, ima simetrično notranjo strukturo, zato se elektroni skoznje gibljejo brez prednostne smeri. V naravi pa imajo molekule pogosto kiralno strukturo – so bodisi levo- ali desnosučne, podobno kot človeške roke. Kiralnost igra ključno vlogo v bioloških procesih, kot je oblikovanje DNK, vendar jo je bilo do zdaj težko nadzorovati v elektroniki.
Z uporabo oblikovalskih trikov, ki jih navdihuje narava, je raziskovalcem uspelo ustvariti kiralni polprevodnik, pri čemer so zložili polprevodniške molekule v urejene desno- ali levozasukane spirale. Rezultate so objavili v reviji Science.
Praktične aplikacije in napredek v tehnologiji zaslonov
Ena od obetavnih aplikacij kiralnih polprevodnikov je v zaslonski tehnologiji. Trenutni zasloni pogosto porabijo veliko energije zaradi načina filtriranja svetlobe. Razvit kiralni polprevodnik oddaja svetlobo na način, ki lahko zmanjša te izgube, kar bi pripomoglo k svetlejšim in energetsko učinkovitejšim zaslonom.
»Ko sem začel delati z organskimi polprevodniki, je bilo veliko dvomov o njihovem potencialu, zdaj pa prevladujejo v zaslonski tehnologiji,« je povedal profesor Sir Richard Friend z laboratorija Cavendish v Cambridgeu, ki je sovodil raziskavo. »Molekularni materiali ponujajo neverjetno prilagodljivost, kar nam omogoča ustvarjanje popolnoma novih struktur, kot so kiralni OLED-i. To je kot delo z Lego kockami vseh mogočih oblik, namesto samo pravokotnih.«
Samosestavljajoči polprevodnik
Polprevodnik temelji na materialu triazatruksenu (TAT), ki se samosestavi v vijačasto strukturo, po kateri elektroni potujejo v spiralnem vzorcu, podobno kot nit vijaka.
»Ko je TAT vzbujen z modro ali ultravijolično svetlobo, oddaja močno zeleno svetlobo s poudarjeno krožno polarizacijo – učinek, ki je bil do zdaj v polprevodnikih težko dosegljiv,« je pojasnil soavtor študije Marco Preuss s Tehnološke univerze v Eindhovnu. »Struktura TAT omogoča učinkovito gibanje elektronov in hkrati vpliva na način oddajanja svetlobe.«
Z modifikacijo proizvodnih tehnik OLED so raziskovalci uspešno vključili TAT v delujoče krožno polarizirane OLED-e (CP-OLED). Ti so dosegli rekordno učinkovitost, svetilnost in stopnjo polarizacije ter tako postali najbolj napredni v svojem razredu.
Preboj v razvoju kiralnih polprevodnikov
»V bistvu smo preoblikovali standardni recept za izdelavo OLED-ov, kot jih poznamo v pametnih telefonih, ter ujeli kiralno strukturo v stabilno, nekristalizirajočo matriko,« je dodal soavtor Rituparno Chowdhury z laboratorija Cavendish.
»S tem smo našli praktičen način za ustvarjanje krožno polariziranih LED-ov, kar je bilo dolgo neizvedljivo.«
Gre za rezultat več desetletij dolgega sodelovanja med raziskovalno skupino profesorja Frienda in skupino profesorja Berta Meijerja s Tehnološke univerze v Eindhovnu. »To je resničen preboj pri izdelavi kiralnih polprevodnikov,« je dejal Meijer. »S skrbnim načrtovanjem molekularne strukture nam je prvič uspelo povezati kiralnost strukture s premikanjem elektronov na tako visokem nivoju.«
Od zaslonov do kvantnega računalništva
Kirali polprevodniki pomenijo korak naprej na področju organskih polprevodnikov, ki že podpirajo industrijo vredno več kot 60 milijard dolarjev. Poleg izboljšanja zaslonov ta razvoj odpira vrata kvantnemu računalništvu in spintroniki – raziskovalnemu področju, ki uporablja spin elektronov za shranjevanje in obdelavo informacij, kar bi lahko vodilo do hitrejših in varnejših računalniških sistemov v prihodnosti.
Novinar
