Российские ученые научились предсказывать подвижность носителей заряда в органических полупроводниках

Органические полупроводники – перспективные материалы для электроники. Они не содержат в своём составе редких и дорогих элементов, а их свойства определяются их химической структурой. В частности, можно получать материалы с заданными свойствами, вводя в молекулу определённые заместители. В настоящее время органические светодиоды (OLED) 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. В новой работе, вышедшей в J. Phys. Chem. C и поддержанной грантом РНФ исследователи из НИЯУ «МИФИ» и ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН предложили методику, позволяющую, зная химическую структуру вещества и упаковку его молекул, теоретически получить параметры, необходимые для расчета макроскопической подвижности носителей в нем.

«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.

Это означает, что разработанную нами расчетную методику можно применять для предсказательного моделирования проводимости новых материалов, а на основе расчетов можно предлагать модификации полупроводниковых молекул и способов их упаковки, обеспечивающих оптимальные транспортные свойства материала», - комментирует свою работу первый автор статьи, ассистент кафедры физики конденсированных сред Александра Фрейдзон.