Enerji Açığını Ayarlamak: Organik Yarı İletkenlere Yeni Bir Yaklaşım
İnorganik yarı iletkenler için çoktandır kullanılan yöntemin, organik versiyonlarda kullanılması zordur: Bilim insanları, cihaz performansını uygun hale getirmek için farklı yarı iletken molekülleri karıştırarak enerji açığını ayarladılar. Şimdilerdeyse TU Dresden’den bilim insanları, TU Munich araştırmacılarının yanında Würzburg Üniversitesi, HU Berlin ve Ulm Üniversitesi’nden araştırmacılarla bir araya gelerek bu hedefe nasıl ulaştıklarını göstermektedirler.
Organik yarı iletkenler, geniş görüntü ekranlarında kullanılan organik ışık yayan diyotlardaki (OLEDs) enerjide verimli malzemeler olarak ün kazandı. Organik yarı iletkenler, bunda ve güneş pili gibi diğer uygulamalarda, elektronik durumlar arasındaki enerji açığında önemli bir parametredir. Yayılan ya da emilen ışığın dalga boyunu belirler. Ancak enerji aralığını sürekli olarak ayarlayamazdı. Bu enerji aralığının sürekli ayarlanabilir olması istenir.
Aslında, inorganik materyaller için bu harmanlama olarak bilenen uygun yöntem uzun süredir var. İnorganik materyallerde, malzemelerin atomlarını değiştirerek bant aralığının mühendisliğine dayanır. Bu, alüminyum galyum arsenit yarı iletkenlerinde olduğu gibi, sürekli ayarlanabilirliğe izin verir. Ne yazık ki bu yöntem, fiziksel özelliklerinin ve yapı paradigmasına dayalı moleküllerinin farklılığından dolayı organik yarı materyallere aktarılamaz, böylece sürekli bant aralığını ayarlamak daha zorlu hale gelir.
Ancak bilim insanlarıyla, Dresden Elektronik Geliştirme Merkezi’ndeki (cfaed, TU Dresden) ve Mükemmellik Kümesi e-dönüşümündeki TU Münih ile Würzburg Üniversitesi, HU Berlin ve Ulm Üniversitesi’nden partnerleri, birlikte organik yarı iletkenler için harmanlama yoluyla ilk kez gerçekleştirilen; enerji aralığı mühendisliği yöntemi, bir çözüm.
İnorganik yarı iletkenler için, enerji seviyeleri atomik yer değiştirmelerde birbirlerine kayabilmektedir, böylece bant aralığı (bant-aralığı mühendisliği) azaltılabilmektedir. Buna karşılık, organik materyalleri harmanlayarak bant yapısı modifikasyonlarının enerji seviyelerini yalnızca uyumlu bir şekilde yukarı veya aşağı kaydırılabilir. Bu, organik materyallerde kullanılan güçlü Coulomb etkisinden dolayıdır ancak bunun aralığa hiçbir etkisi yoktur. TU Dresden’den Prof. Karl Leo, “Yeni moleküllerin uzun süren sentezinden kaçmak için organik materyallerin aralığını harmanlayarak değiştirmek oldukça ilginç olurdu” dedi.
Araştırmacılar da materyali farklı boyutlardaki benzer moleküllerin karışımıyla karıştırarak alışılmamış bir yol keşfettiler. TU Munich’te Profesör olan ve Dresden Elektronik Geliştirme Merkezi (cfaed, TU Dresden) lideri Frank Ortmann, “Önemli olan, tüm moleküllerin moleküler şekil ve boyutlarının izin verdiği belirli modellerde düzenlenmiş olmasıdır. Bu, materyalin dielektrik sabiti ve aralık enerjisinde istenen değişimi indükler” dedi.
Frank Ortmann’ın grubu harmanlanmış yapıyı ve onun elektronik ve dielektrik özelliklerini simüle ederek mekanizmayı açıklayabildi. Harmanlanmış moleküllerin şekline bağlı olarak moleküler pakette karşılık gelen değişiklik, Cfaed’de Profesör Stefan Mannsfeld Organik Cihazlar Grubu tarafından gerçekleştirilen X-ışını saçılma ölçümleri ile doğrulandı. Deneyin en önemli noktası ve cihaz çalışması, Katrin Ortstein ve onun TU Dresden’de Profesör Karl Leo grubundaki çalışma arkadaşları tarafından yapıldı.
Çalışmanın sonuçları meşhur “Nature Materials” dergisinde yayınlandı. Bu; bu tarz enerji-seviyesinde, mühendislik stratejisinin fizibilitesini kanıtlasa da bunun istihdamı gelecekte, optoelektronik cihazlar için, araştırılacaktır.
Kaynak : chemeurope.com
