Группа исследователей из Университета Осаки (Osaka Metropolitan University) под руководством Такуи Огаки и Хироси Икеды создала два новых органических полупроводника. Для синтеза использовали фотохимическую реакцию - химическое превращение, запускаемое светом. Результаты опубликованы в Chemistry-A European Journal.

Органические полупроводники - материалы на основе углеродных соединений, способные проводить электрический заряд, оставаясь гибкими и лёгкими. Заряд в них переносят "дырки" - условные положительные заряды, возникающие при недостатке электронов. Чтобы дырки двигались быстро, молекулы должны быть плотно и упорядоченно упакованы.

В эксперименте свет заставлял части молекулы образовывать новые углерод-углеродные связи и сворачиваться в компактную кольцевую структуру. Соединение содержит серу и азот. Меняя условия освещения, учёные получали либо смесь двух изомеров - молекул одинакового состава, но разного пространственного строения, - либо только один из них. Изомеры обозначили как b-DNT (изогнутый) и l-DNT (линейный).

Проследить за образованием структур было непросто: некоторые промежуточные частицы существовали доли секунды. Чтобы их зафиксировать, применили лазерный импульсный фотолиз и наносекундную абсорбционную спектроскопию - методы, позволяющие "увидеть" короткоживущие частицы по поглощению света. Дополнительно провели квантово-химические расчёты (теория функционала плотности), чтобы объяснить строение промежуточных соединений.

Анализ кристаллической структуры показал, что обе молекулы образуют плотно упакованные кристаллы, удерживаемые взаимодействиями сера-сера и сера-азот. Однако у линейного изомера l-DNT соседние молекулы перекрываются сильнее, а значит, пути для переноса заряда эффективнее. По оценкам авторов, предсказанная подвижность дырок у l-DNT примерно в пять раз выше, чем у b-DNT, и сравнима с показателями лучших органических полупроводников.

"Сочетание чистого фотохимического синтеза с молекулярным дизайном, включающим тиазольный фрагмент, позволяет получать перспективные кандидаты для высокоэффективных органических полупроводников", - приводит слова первого автора работы Масато Уэнаги пресс-релиз университета.

Впрочем, речь идёт о лабораторных образцах: до коммерческого применения, например в гибких дисплеях или носимых сенсорах, материалам ещё предстоит пройти проверку. Вывод о пятикратном преимуществе основан на теоретических расчётах, а не на прямых измерениях готовых устройств. Исследование лишь показывает, что линейная структура создаёт лучшие условия для перемещения зарядов.

Источник: Tech Xplore