Физик-химик Майкл Барнс и ученый-полимер Алехандро Бризено вместе со докторантами Сарой Маркес, Хилари Томпсон, Николасом Колелла и докторантом Джоэль Лабастид обнаружили свойство направленного разделения внутренних зарядов в кристаллических нанопроводах органического полупроводника, известного как 7,8,15. , 16-тетраазатеррилен (ТАТ).
Исследователи увидели не только эффективное разделение зарядов в ТАТ, но и очень специфическую направленность, которая, по словам Барнса, «весьма полезна. Это добавляет контроль, поэтому мы не во власти случайных движений, что неэффективно.
В нашей статье описывается аспект наноскопической физики в отдельных кристаллах, структура, которая упростит использование этой молекулы для новых приложений, таких как устройства, которые используют ввод поляризованного света для оптического переключения. Мы и другие немедленно воспользуемся этой направленностью."
Он добавляет: «Наблюдение за внутренним разделением зарядов не происходит в полимерах, насколько мы знаем, это происходит только в этом семействе небольших кристаллических сборок органических молекул или нанопроволок. С точки зрения приложения, мы сейчас изучаем способы упорядочения кристаллов в виде однородного узора, и оттуда мы можем включать или выключать вещи в зависимости от оптической поляризации, например."
Тем не менее, команда Университета Массачусетса в Амхерсте считает, что это свойство не является странностью, уникальной для этого материала, но что некоторые материалы потенциально имеют его, что делает открытия в ТАТ интересными для широкого круга исследователей, говорит Барнс. Он отмечает, что подобные наблюдения были отмечены в кристаллах пентацена, которые показывают нечто подобное, но без направленности. В этой работе при поддержке U.S. Министерство энергетики и Центр иерархического производства Университета Массачусетса Амхерст предполагают, что эффект возникает из-за взаимодействия с переносом заряда в проводящих заряд нанопроволоках молекулы, которые могут быть запрограммированы.
Химик объясняет, что при традиционном подходе к сбору солнечной энергии с помощью органических или углеродных органических материалов ученые поняли, что активные органические слои, работающие в устройствах, поглощают свет, что приводит к возбужденному состоянию, известному как экситон. В этом механизме экситон мигрирует к границе раздела, где он разделяется на положительный и отрицательный заряд, освобождая напряжение для использования в качестве мощности. «С этой точки зрения вы надеетесь, что свет хорошо поглощается, поэтому передача осуществляется эффективно», — говорит он.
В более ранней работе Барнс, Бризено и другие из Университета Массачусетса в Амхерсте работали над тем, чтобы контролировать размер домена материалов, чтобы он соответствовал предполагаемому расстоянию, которое экситон может пройти за время, необходимое для излучения, добавляет он. «Все это основано на идее, что механизм разделения зарядов является внешним, что внешняя движущая сила разделяет заряды», — отмечает он. Цель состояла в том, чтобы устранить необходимость в этом интерфейсе."
По его словам, совсем недавно Бризено и его коллеги достигли точки в синтезе кристаллов, когда их устройства на основе полимеров не работали так, как они хотели. Бризено попросил Барнса и его коллег использовать их специальные измерительные приборы для исследования.
Барнс и его коллеги обнаружили структурный дефект, который Бризено мог исправить. «Мы предоставили ему диагностику, чтобы улучшить рост их кристаллов», — говорит Барнс.
«Из этого мы заметили признаки того, что происходили очень интересные вещи, которые привели нас к открытию», — добавляет Барнс. "Это весело, когда наука работает таким образом. Это были очень хорошие взаимовыгодные отношения."
"Природа принесла нам нечто действительно более богатое и интересное, чем все, что мы могли ожидать.
Мы думали, что это будет качественно похоже на предыдущие наблюдения, возможно, отличается в количественных характеристиках, но реальная история намного интереснее. В этом материале они обнаружили, что способ упаковки кристаллов приводит к его собственному разделению, внутреннему свойству кристаллического материала."