קל משקל, גמיש ויעיל: פתיחת סודות התנהגות האלקטרונים במכשירים אורגניים

הבנת אופן התנהגות האלקטרונים ומבנה פני השטח של מולקולות סרט דק טריפנילן על מצעי גרפיט משתנה תחת הקרנת אור.

תחום האלקטרוניקה האורגנית משך תשומת לב רבה הן מהאקדמיה והן מהתעשייה, הודות ליישומים המבטיחים שלו ב-OLED (דיודות פולטות אור אורגניות) ובתאים סולאריים אורגניים. יישומים אלה נהנים מהיותם קלים, גמישים וחסכוניים. מכשירים אלה מיוצרים על ידי הפקדת סרט דק של מולקולות אורגניות על מצע הפועל כאלקטרודה, ומתפקדים על ידי שליטה בהעברת האלקטרונים בין הסרט הדק למצע.

לכן, הבנת התנהגות האלקטרונים בממשק שבין המצע לסרט הדק, יחד עם התכונות האלקטרוניות של הסרט הדק האורגני, היא חיונית לקידום נוסף של אלקטרוניקה אורגנית. יתרה מכך, התבוננות בו-זמנית של אלקטרונים נושאי צילום ועירור פוטו תוך מולקולרי תציע תובנות נוספות לגבי סרטים דקים של מולקולות אורגניות.

אתגרים בלימוד דינמיקת אלקטרונים

למרות שהמצבים האלקטרוניים הסטטיים של סרטים דקים של מולקולות אורגניות נחקרו בפירוט באמצעות טכניקה הנקראת ספקטרוסקופיה פוטואלקטרון, הזיהוי המדויק של ההתנהגות הדינמית של אלקטרונים המנסים לבטא את תפקידיהם במכשירים היה מאתגר, והפריע להתקדמות.

קבוצת מחקר בראשות פרופסור-משנה Masahiro Shibuta מבית הספר לתואר שני להנדסה באוניברסיטת אוסקה מטרופוליטן צפתה בהתנהגות האלקטרונית ובמבנה פני השטח של סרט דק של מולקולות טריפנילן (TP) שהופקדו על מצע גרפיט באמצעות שני-פוטון ספקטרוסקופיה של פוטו-פליטה (2PPE), מיקרוסקופ מנהור סריקה ודיפרקציית אלקטרונים באנרגיה נמוכה.

התוצאות הראו כי מולקולות ה-TP מציגות מבנה מיוחד בו הן נספגות בתצורה עומדת על גבי המצע. שני האלקטרונים הוזרקו מהמצע למולקולות ה-TP עם הקרנת אור, והאלקטרונים שמקורם בצילום בסרט הדק המולקולרי נצפו בהצלחה בו-זמנית בדגימה אחת. בנוסף, נצפתה פוטו-לומינסנציה חזקה גם על סרט דק עם שכבה אחת בלבד של מולקולות במבנה מיוחד שבו המולקולות נספגו באלכסון על המצע, כמו במקרה של מולקולות TP. צפוי שתוצאות אלו יתרמו לפיתוח חומרים זוהרים חדשים ולפיתוח נוסף של מכשירים אלקטרוניים אורגניים פונקציונליים.

"ספקטרוסקופיה 2PPE היא עדיין שיטה חדשנית להערכת מצבים אלקטרוניים, אבל היא סובלת מהעובדה שהמצבים האלקטרוניים נצפים היטב ולפעמים לא, למרות האופי שלוקח את הזמן של המדידה המותאמת היטב", אמר פרופסור שיבוטה. "הממצאים שלנו הדגישו שהנראות של המצב האלקטרוני קשורה קשר הדוק למצב הספיחה של המולקולה על המצע ולתכונות האלקטרוניות שלה. במילים אחרות: לא רק סוג המולקולות, אלא גם האופן שבו הן מסודרות חייבות להיות בשליטה נכונה כדי ליצור מכשיר שיוכל להציג באופן מלא את הפונקציות שלהן. אני שמח שהמחקר שלנו מספק תובנות לגבי פיתוח חומר פונקציונלי ליישומים מעשיים."

המחקר מומן על ידי האגודה היפנית לקידום המדע, משרד החינוך, התרבות, הספורט, המדע והטכנולוגיה, קרן מיצובישי, קרן Murata Science, קרן Asahi Glass, קרן Konica Minolta למדע וטכנולוגיה, וכן הקרן לקידום מדע Casio.