Заставив единственную молекулу полимерного материала излучать фотоны света, исследователи создали самый маленький органический светодиод в мире. Эта работа проводилась в рамках программы международных мультидисциплинарных исследований, направленных на создание электронных приборов и устройств молекулярного и атомарного уровня – устройств, которые в перспективе могут стать основой более мощных и энергосберегающих вычислительных систем и малогабаритной электроники.
Guillaume Schull и его коллеги из французского университета Страсбурга (University of Strasbourg) в качестве материала светодиода использовали молекулу токопроводящего полимера под названием политиофен. При помощи наконечника сканирующего туннельного микроскопа учёные определили точное место и положение длинной молекулы полимера, лежащей на золотом основании. Затем, используя наконечник микроскопа как подъёмный кран, разработчики захватили один край молекулы и подняли её таким образом, что она стала играть роль проводника между наконечником и основанием.
Подав электрический потенциал между наконечником и золотым основанием, исследователи начали производить записи значений электрического тока, протекающего через молекулу (сила тока достигала нескольких наноампер), регистрируя при этом количество и характеристики излучаемых молекулой фотонов.
Следует отметить, что обычные светодиоды представляют собой части металлического или органического полупроводникового материала, зажатые меж двумя электродами. Когда на эти два электрода подаётся электрическое напряжение, в полупроводнике возникают два потока, движущихся в противоположных направлениях, поток свободных электронов и электронных дырок. И когда электрон встречается с дыркой, играющей роль положительно заряженной частицы, происходит их условная аннигиляция, сопровождающаяся излучением фотона света с определённой длиной волны, которая зависит от энергии электрона и дырки.
Точно такой же процесс происходит и в молекуле политиофена, за исключением более маленького масштаба – размеров молекулярного уровня.
Исследователи выяснили, что при определённом значении обратного электрического потенциала, который обеспечивает максимальную производительность молекулярного светодиода, один фотон света красного цвета излучается приблизительно на 100 тысяч свободных электронов, которые текут от наконечника микроскопа через молекулу к основанию. Но, если поменять полярность приложенного потенциала на обратную, то процесс излучения света практически прекращается, а вся энергия электронов и дырок преобразуется в тепловую энергию, полностью повторяя все эффекты, наблюдаемые в обычных светодиодах.
Комментарии