В НИЯУ МИФИ научились моделировать проводимость органических полупроводников

Ученые НИЯУ МИФИ предложили методику для расчета подвижности носителей заряда в органических полупроводниках, которая поможет предсказывать и моделировать проводимость новых материалов для электроники. Исследование опубликовано в высокорейтинговом журнале J. Phys. Chem. C https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c02779

Органические полупроводники – перспективные материалы для электроники. Они не содержат редких и дорогих элементов, а их свойства определяются их химической структурой. В частности, можно получать материалы с заданными свойствами, вводя в молекулу определённые заместители.

Сегодня органические светодиоды (OLED) на основе органических полупроводников используются в дисплеях мобильных телефонов и гаджетов: в них каждый пиксель светится самостоятельно, поэтому такие устройства не требуют лампы подсветки и получаются более компактными и энергосберегающими. Органические материалы позволяют делать электронику гибкой и даже печатать микросхемы на любых поверхностях.

В большинстве органических полупроводников транспорт носителей заряда (электронов или дырок) происходит путем прыжков с молекулы на молекулу. Ученые НИЯУ МИФИ предложили методику, которая позволяет, основываясь на знании химической структуры вещества и упаковки его молекул, определить параметры, необходимые для расчета макроскопической подвижности носителей заряда в этом веществе.

"С помощью квантовой химии и метода Монте-Карло мы смоделировали процесс межмолекулярного переноса заряда в органическом полупроводнике пара-кватерфениле, который используется в виде тонких кристаллических пленок. Оказалось, что подвижность зависит от направления в кристалле, т.е., анизотропна. Рассчитанная таким образом подвижность хорошо согласуется с экспериментальными данными", - рассказала ассистент каф. Физики конденсированных сред НИЯУ МИФИ, с.н.с. Центра Фотохимии РАН к.хим.н Александра Фрейдзон.

Разработанную методику планируется применять для предсказательного моделирования проводимости новых материалов, модификации полупроводниковых молекул и способов их упаковки, обеспечивающих оптимальные транспортные свойства материала.

Работа выполнена сотрудниками и аспирантами НИЯУ МИФИ в рамках гранта РНФ 19-13-00383.