Область органической электроники приобретает известность как в академических кругах, так и в промышленности, поскольку такие устройства, как органические светодиоды и солнечные элементы, имеют множество преимуществ по сравнению с обычными неорганическими устройствами, включая гораздо более низкие потенциальные производственные затраты и более широкую совместимость с подложками. Эти устройства включают в себя органические молекулы и металлические компоненты, и одной из основных проблем в этой области является понимание поведения переноса заряда через границу раздела металл-молекула. Недавно были разработаны методы разрыва соединений, в которых электрический ток через соединение одной молекулы измеряется тысячи раз.
Затем результаты измерений анализируются статистически, чтобы определить наиболее вероятную электрическую проводимость.Структурные и электронные характеристики границы раздела металл-молекула сильно влияют на свойства переноса заряда одиночного соединения. Кроме того, структура поверхности раздела металл-молекула и транспортные свойства колеблются в масштабе одной молекулы. К сожалению, стандартный метод анализа измерения проводимости не может в достаточной мере прояснить это поведение.
Ученые из Tokyo Tech недавно разработали комплексный метод анализа этих колебаний. Их техника включает в себя сочетание двух методов: измерения тока и напряжения посредством экспериментов с разрывными переходами и моделирования из первых принципов. Стоит отметить, что разработанный метод обеспечивает коррелированное статистическое описание уровня молекулярной орбитальной энергии и степени электронного взаимодействия на границе раздела металл-молекула, в отличие от стандартных методов анализа, обычно используемых в этой области.Разработанный метод анализа был применен к различным соединениям одиночных молекул: 1,4-бутандиамина (DAB), пиразина (PY), 4,4′-бипиридина (BPY) и фуллерена (C60), зажатым между собой золотом. электроды, и были продемонстрированы различные молекулярно-зависимые электронные и структурные флуктуации.
В ходе экспериментов и моделирования переходы были растянуты на величину до 10 нм до разрыва, чтобы выявить любые структурные изменения; было обнаружено, что электронная связь между электродом и молекулой уменьшается с увеличением растяжения. Кроме того, расчеты полной энергии, выполненные как функции расстояния растяжения, выявили метастабильные структуры в структурных моделях.Разработанный метод предоставляет характерную информацию о простом, низкоразмерном и сверхмалом переносе заряда через границу раздела металл-молекула, которая имеет отношение к функциональным возможностям переключения и потенциальному изменению транспортных свойств.
Этот новый метод и информация, которую он предоставляет, имеют важное значение для будущего управления транспортными свойствами в электронных устройствах, содержащих органические молекулы, таких как солнечные элементы и светодиоды.