Большинство неорганических компонентов электроники (в частности, на кремнии) слабо пригодны для создания действительно надежной гибкой электроники. Именно поэтому попытки создать сгибающиеся смартфоны до сих пор оканчиваются скандалами и неудачами. Более перспективны здесь полупроводниковые органические материалы, в том числе олиготиофены, которым и была посвящена новая работа. Их стержневидные молекулы способны ориентироваться вблизи поверхности, располагая циклы тиофенов друг за другом, как столбики монет. При этом ребра циклов выстроены «елочкой» и налегают друг на друга. Между этими ребрами электроны и перемещаются по такому полупроводнику.
Чтобы изучить свойства олиготиофенов, ученые испарили растворенный дигексил-кватротиофен в вакуумной камере и затем осадили его на кремниевую подложку. В итоге у них получились тонкие пленки с кристаллической структурой. Чтобы лучше понять их строение, исследователи использовали метод дифракции рентгеновского луча при скользящем падении. Луч при этом направляют на пленку под острым углом, что увеличивает длину пути, который фотоны проходят в толще материала. За счет этого удалось получить достаточно хороший сигнал от очень тонкой пленки.
В итоге стало понятно, что дигексил-кватротиофен имеет упорядоченную кристаллическую структуру «елочкой» строго перпендикулярно подложке. Но при нагреве до 85 градусов по Цельсию ориентация молекул менялась и пленка становилась жидкокристаллической, от чего ее проводимость снижалась. Впрочем, для практического применения материала это вряд ли может стать минусом: электроника, тем более гибкая и носимая, редко используется при таких температурах. После охлаждения кристалличность и, соответственно, проводимость материала частично восстанавливались.
Что особенно необычно, при нагреве удалось обнаружить третью структуру: при 70 градусах по Цельсию дифракция рентгеновского луча показала в материале монослой толщиной всего в одну молекулу. Из-за того что электронам в двумерном слое некуда деваться (как, например, в графене), заряд по нему может распространяться куда проще, чем в обычной пленке. Это значит, что как минимум в этом классе органических соединений есть шанс на значительный рост параметров органических полупроводников. Зная о таком необычном фазовом состоянии полупроводниковой пленки, в будущем исследователям будет проще создавать на их базе устройства гибкой электроники.
Иван Ортега