Международная команда учёных из Кембриджского университета и Технического университета Эйндховена сделала важный шаг в области органических полупроводников, открывая возможности для создания более эффективных OLED-дисплеев и таких инноваций как спинтроника и квантовые вычисления.
Их исследования демонстрируют материал, способствующий движению электронов по спиральной траектории, что позволяет получать свет с циркулярной поляризацией — важное свойство для передовой электроники нового поколения.
Отличаясь от симметричных неорганических полупроводников вроде кремния, новый материал имитирует хиральные структуры, которые можно встретить в природе. Хиральность, свойство молекул обладать зеркально-асимметричной конфигурацией, имеет критическое значение в таких биологических процессах, как образование ДНК. До этого учёным не удавалось успешно управлять этим явлением в электронике.
Опираясь на методы молекулярного проектирования, навеянные природой, они разработали полупроводник на базе триазатруксена (TAT), молекулы которого организуются в структурированные спиральные колонны. Это обеспечивает движение электронов по траектории, похожей на резьбу, что придаёт свету свойства круговой поляризации, связанные с особенностями движения электронов.
Источник: Samarpita Sen / Rituparno Chowdhury
«Начав работу с органическими полупроводниками, многие выражали скепсис касательно их потенциала. На сегодняшний день они занимают лидирующую позицию в технологии дисплеев, и наш подход открывает ещё больше возможностей», — отметил сэр Ричард Френд, один из авторов исследования. По его словам, гибкость органических материалов позволяет создавать структуры, невозможные для жёстких неорганических аналогов: «Это как строить что угодно из бесконечного набора деталей Lego, а не только из простых прямоугольных блоков».
Главным достижением стало внедрение TAT в работающие OLED-устройства с круговой поляризацией (CP-OLED). Благодаря изменениям в стандартных производственных методах, учёные добились выдающихся показателей эффективности, яркости и уровня поляризации.
При воздействии синего или ультрафиолетового света, материал TAT излучает насыщенный зелёный свет с интенсивной круговой поляризацией. «Такого эффекта ранее практически невозможно было достичь в полупроводниках», — добавил Марко Прейс из Эйндховена, подчёркивая, что структура TAT не только направляет электроны, но и изменяет свойства эмитируемого света.
Кроме дисплеев, где хиральные полупроводники предоставляют возможность уменьшения потерь энергии на 30–50%, данная технология предвещает прорыв в сфере спинтроники, которая применяет спин электронов для обработки и хранения данных. Это может способствовать развитию более быстрых и безопасных вычислительных систем. Помимо этого, управление спином является ключевым фактором в квантовых вычислениях.
Исследователи впервые связали хиральные структуры с движением электронов на столь детализированном уровне. Это значительное продвижение научной мысли.
Сегодня органические полупроводники составляют индустрию с оборотом свыше $60 млрд, и это нововведение расширяет их потенциал. В будущем учёные планируют коммерциализировать технологию, и первые CP-OLED-дисплеи могут выйти на рынок в течение следующих пяти лет. В долгосрочной перспективе хиральные материалы могут стать основой для инновационных архитектур квантовых процессоров и систем шифрования.
Источник: iXBT
