Représentation de la mobilité des porteurs dans les matériaux inorganiques durs (figure du haut, transport de bande) et les solides organiques flexibles (chiffre inférieur, mécanisme de transport induit par la flexibilité). Crédit :Kazuyuki Sakamoto
Les matériaux organiques qui peuvent conduire la charge ont le potentiel d'être utilisés dans une vaste gamme d'applications passionnantes, y compris les appareils électroniques flexibles et les cellules solaires à faible coût. Cependant, à ce jour, seules les diodes électroluminescentes organiques (OLED) ont eu un impact commercial en raison de lacunes dans la compréhension des semi-conducteurs organiques qui ont limité les améliorations de la mobilité des porteurs de charge. Aujourd'hui, une équipe internationale comprenant des chercheurs de l'Université d'Osaka a démontré le mécanisme de mobilité des charges dans un monocristal organique. Leurs conclusions sont publiées dans Rapports scientifiques .
Dans un effort pour améliorer la mobilité des porteurs de charge dans les cristaux organiques, une attention particulière a été portée sur la compréhension de la manière dont la structure électronique des monocristaux organiques permet le mouvement de la charge. L'analyse de monocristaux hautement ordonnés au lieu d'échantillons contenant de nombreux défauts et troubles donne l'image la plus précise de la façon dont les porteurs de charge se déplacent dans le matériau organique.
Les chercheurs ont analysé un monocristal de rubrène, lequel, en raison de sa grande mobilité de charge, est l'un des matériaux organiques conducteurs les plus prometteurs. Cependant, malgré la popularité du rubrène, sa structure électronique n'est pas bien comprise. Ils ont découvert que les conclusions théoriques tirées de travaux antérieurs étaient inexactes en raison des vibrations moléculaires à température ambiante qui sont une conséquence de la flexibilité du matériau.
"Nous avons démontré un nouveau mécanisme qui n'est pas observé pour les matériaux semi-conducteurs inorganiques traditionnels, ", explique l'auteur correspondant de l'étude Kazuyuki Sakamoto. "Les semi-conducteurs inorganiques tels que le silicium, qui sont largement utilisés dans l'électronique, sont généralement difficiles, matériaux rigides; donc, certaines hypothèses faites pour ces matériaux ne se traduisent pas par des matériaux conducteurs organiques plus flexibles."
La structure de bande d'un monocristal de rubrène. Les cercles et les traits pleins montrent les données expérimentales actuelles, et la ligne pointillée montre la bande artificielle proposée dans les études précédentes. La faible largeur de bande indique la faible mobilité des porteurs « de type bande ». Crédit :Kazuyuki Sakamoto
La préparation réussie d'un échantillon de cristal unique de rubrène de très haute qualité a permis de réaliser des expériences qui ont fourni une comparaison définitive avec les données précédentes. Les expériences ont mis en évidence les limites des hypothèses précédentes et ont révélé l'influence d'autres facteurs tels que la diffraction des électrons et les vibrations moléculaires.
"En démontrant de manière fiable le comportement à température ambiante d'un matériau conducteur organique et en recadrant la réflexion derrière les conclusions précédentes qui ont été tirées, nous avons fourni une base beaucoup plus claire pour la recherche future, " explique le professeur Sakamoto. " Nous espérons que cette idée accélérera le développement de dispositifs conducteurs flexibles avec un large éventail de fonctions passionnantes. "
