Pyörivä valo voisi tehostaa seuraavan sukupolven elektroniikkaa

Tutkijat ovat esittäneet vuosikymmeniä vanhan haasteen orgaanisten puolijohteiden alalla, mikä avaa uusia mahdollisuuksia elektroniikan tulevaisuudelle.

Cambridgen yliopiston ja Eindhovenin teknillisen yliopiston johtamat tutkijat ovat luoneet orgaanisen puolijohteen, joka pakottaa elektronit liikkumaan spiraalimaisesti, mikä voisi parantaa OLED-näyttöjen tehokkuutta televisio- ja älypuhelinnäytöissä tai tehostaa seuraavan sukupolven laskentatekniikoita, kuten spintroniikkaa ja kvanttilaskentaa.

Heidän kehittämänsä puolijohde emittoi ympyräpolarisoitua valoa, mikä tarkoittaa, että valo kuljettaa informaatiota elektronien "kätisyydessä". Useimpien epäorgaanisten puolijohteiden, kuten piin, sisäinen rakenne on symmetrinen, mikä tarkoittaa, että elektronit liikkuvat niiden läpi ilman suosittua suuntaa.

Kiraalisuudella on tärkeä rooli biologisissa prosesseissa, kuten DNA:n muodostumisessa, mutta ilmiö on vaikea valjastaa ja hallita elektroniikassa.

Mutta käyttämällä luonnon inspiroimia molekyylisuunnittelun temppuja, tutkijat loivat kiraalisen puolijohteen tönäisemällä puolijohtavia molekyylipinoja, jotta ne muodostavat järjestetyn oikea- tai vasenkätisen spiraalin.

Yksi lupaava sovellus kiraalisille puolijohteille on näyttötekniikka. Nykyiset näytöt kuluttavat usein huomattavan määrän energiaa, koska näytöt suodattavat valoa. Tutkijoiden kehittämä kiraalinen puolijohde emittoi luonnollisesti valoa tavalla, joka voi vähentää näitä häviöitä, mikä tekee näytöistä kirkkaampia ja energiatehokkaampia.

"Kun aloin työskennellä orgaanisten puolijohteiden kanssa, monet ihmiset epäilivät niiden potentiaalia, mutta nyt ne hallitsevat näyttötekniikkaa", sanoi professori Sir Richard Friend Cambridgen Cavendish-laboratoriosta, joka johti tutkimusta. "Toisin kuin jäykät epäorgaaniset puolijohteet, molekyylimateriaalit tarjoavat uskomatonta joustavuutta, minkä ansiosta voimme suunnitella täysin uusia rakenteita, kuten kiraalisia LEDejä.”

Puolijohde perustuu triazatrukseeni -materiaaliin (TAT), joka kokoaa itsensä kierteiseksi pinoksi, jolloin elektronit voivat kiertää sen rakennetta ruuvin kierteen tavoin.

"Kun se virittyy sinisestä tai ultraviolettivalosta, itsekoostunut TAT emittoi kirkkaan vihreää valoa vahvalla pyöreällä polarisaatiolla - vaikutusta, jota on ollut vaikea saavuttaa puolijohteissa tähän asti", sanoi toinen kirjoittaja Marco Preuss Eindhovenin teknillisestä yliopistosta. "TAT:n rakenne mahdollistaa elektronien liikkumisen tehokkaasti samalla kun se vaikuttaa valon emittoitumiseen."

Muokkaamalla OLED-valmistustekniikoita tutkijat onnistuivat sisällyttämään TAT:n toimiviin ympyräpolarisoituihin OLEDeihin (CP-OLED). Nämä rakenteet osoittivat ennätysmäistä tehokkuutta, kirkkautta ja polarisaatiotasoa.

Kiraaliset puolijohteet edustavat askelta eteenpäin orgaanisten puolijohteiden maailmassa, joka tukee nyt yli 60 miljardin dollarin arvoista alaa. Näyttöjen lisäksi tämä kehitys vaikuttaa myös kvanttilaskentaan ja spintroniikkaan – tutkimusalaan, joka käyttää elektronien spiniä tai luontaista kulmamomenttia tietojen-informaation tallentamiseen ja käsittelyyn, mikä saattaa johtaa nopeampiin ja turvallisempiin laskentajärjestelmiin.

Aiheesta aiemmin:

Nanopuolijohteista luodut valoa kiertävät materiaalit

Grafeeninauhat ja kiraalisuus kehittämään kvanttiteknologiaa

Elektronikanavia ilman resistanssia