Os pesquisadores avançaram um desafio de décadas no campo dos semicondutores orgânicos, abrindo novas possibilidades para o futuro da eletrônica.
Os pesquisadores, liderados pela Universidade de Cambridge e pela Universidade de Tecnologia de Eindhoven, criaram um semicondutor orgânico que força os elétrons a se mover em um padrão em espiral, o que poderia melhorar a eficiência de exibições OLED nas telas de televisão e smartphones, ou tecnologias de computação de spítas e spítas e quantum.
O semicondutor que eles desenvolveram emite luz polarizada circularmente – o que significa que a luz carrega informações sobre a ‘mão’ de elétrons. A estrutura interna da maioria dos semicondutores inorgânicos, como o silício, é simétrica, o que significa que os elétrons se movem através deles sem nenhuma direção preferida.
No entanto, na natureza, as moléculas geralmente têm uma estrutura quiral (esquerda ou destra): como as mãos humanas, as moléculas quirais são imagens espelhadas uma da outra. A quiralidade desempenha um papel importante em processos biológicos, como a formação de DNA, mas é um fenômeno difícil para aproveitar e controlar a eletrônica.
Mas, usando truques de design molecular inspirados pela natureza, os pesquisadores conseguiram criar um semicondutor quiral, cutucando pilhas de moléculas semicondutoras para formar colunas espirais destro ou canhoto. Seus resultados são relatados no diário Ciência.
Um aplicativo promissor para semicondutores quirais está em tecnologia de exibição. As telas de corrente geralmente desperdiçam uma quantidade significativa de energia devido à maneira como a luz do filtro das telas. O semicondutor quiral desenvolvido pelos pesquisadores naturalmente emite luz de uma maneira que possa reduzir essas perdas, tornando as telas mais brilhantes e mais eficientes em termos de energia.
“Quando comecei a trabalhar com semicondutores orgânicos, muitas pessoas duvidavam de seu potencial, mas agora dominam a tecnologia da exibição”, disse o professor Sir Richard Good friend, do Cavendish Laboratory de Cambridge, que co-liderou a pesquisa. “Ao contrário dos semicondutores inorgânicos rígidos, os materiais moleculares oferecem uma flexibilidade incrível – permitindo -nos projetar estruturas totalmente novas, como LEDs quirais. É como trabalhar com um conjunto LEGO com todo tipo de forma que você pode imaginar, em vez de apenas tijolos retangulares”.
O semicondutor é baseado em um materials chamado triazatruxeno (TAT) que se auto-monta em uma pilha helicoidal, permitindo que os elétrons espiralem ao longo de sua estrutura, como a rosca de um parafuso.
“Quando excitado pela luz azul ou ultravioleta, o Tat auto-montado emite luz verde brilhante com forte polarização circular-um efeito que tem sido difícil de alcançar nos semicondutores até agora”, disse o co-primeiro autor Marco Preuss, da Universidade de Tecnologia de Eindhoven. “A estrutura do TAT permite que os elétrons se movam com eficiência e afetem como a luz é emitida”.
Ao modificar as técnicas de fabricação OLED, os pesquisadores incorporaram com sucesso o TAT aos OLEDs polarizados circularmente de trabalho (CP-OLEDs). Esses dispositivos mostraram níveis recorde de eficiência, brilho e polarização, tornando-os o melhor de sua espécie.
“Nós essencialmente retrabalhamos a receita padrão para criar OLEDs como temos em nossos smartphones, permitindo prender uma estrutura quiral dentro de uma matriz estável e não cristalizadora”, disse o co-primeiro autor Rituparno Chowdhury, do Laboratório Cavendish de Cambridge. “Isso fornece uma maneira prática de criar LEDs polarizados circularmente, algo que há muito iludiu o campo”.
O trabalho faz parte de uma colaboração de décadas entre o grupo de pesquisa de amigos e o grupo do professor Bert Meijer, da Universidade de Tecnologia de Eindhoven. “Este é um verdadeiro avanço para fazer um semicondutor quiral”, disse Meijer. “Ao projetar cuidadosamente a estrutura molecular, juntamos a quiralidade da estrutura ao movimento dos elétrons e isso nunca foi feito nesse nível antes”.
Os semicondutores quirais representam um passo à frente no mundo dos semicondutores orgânicos, que agora apóiam uma indústria que vale mais de US $ 60 bilhões. Além das exibições, esse desenvolvimento também tem implicações para a computação quântica e spoltronics – um campo de pesquisa que usa a rotação ou momento angular inerente, de elétrons para armazenar e processar informações, potencialmente levando a sistemas de computação mais rápidos e seguros.
A pesquisa foi apoiada em parte pela Rede de Treinamento Marie Curie da União Europeia e pelo Conselho Europeu de Pesquisa. Richard Good friend é membro do St. John’s Faculty, Cambridge. Ritupararno Chowdhury é membro do Fitzwilliam Faculty, Cambridge.
