Banbrytande framsteg inom dopning av organiska halvledare förbättrar deras termoeffektivitet.

StockholmForskare vid Cavendish har gjort betydande framsteg inom förbättring av organiska halvledare. Vanligtvis innebär dopning i dessa material att man lägger till eller tar bort elektroner för att förbättra deras elektriska ledningsförmåga. Men nya upptäckter har utvidgat möjligheterna för dopning bortom vad som tidigare ansågs vara möjligt.

Nyligen lyckades forskare vid Cavendish Laboratory att ta bort alla elektroner från valensbandet i vissa polymerer, och till och med avlägsna elektroner från bandet under det. Denna prestation ansågs tidigare vara nästan omöjlig att uppnå. Här är några viktiga punkter:

• Förbättrad ledningsförmåga genom djupare valensband
• Möjlighet för högkraftiga termoelektriska enheter
• Nya metoder för att styra koncentrationen av elektroner och joner

Forskare upptäckte att när de tömde valensbandet ökade materialets ledningsförmåga avsevärt. Detta skulle kunna förbättra organiska termoelektriska enheters förmåga att omvandla spillvärme till elektricitet. Termoelektriska enheter genererar elektricitet från temperaturskillnader, och högre effektivitet innebär att de kan återvinna energi mer effektivt.

Coulomb-gapfenomenet är fascinerande. Normalt sett ändras ledningsförmågan i ett material på ett förväntat sätt när antalet hål förändras. Men forskare upptäckte ett oväntat resultat när de använde en fälteffektport för att ändra håltätheten utan att påverka antalet joner. Ledningsförmågan ökade alltid oavsett om de lade till eller tog bort hål. Detta berodde på att materialet befann sig i ett icke-jämviktsläge, orsakat av att jonerna var frusna. Att observera Coulomb-gapet i detta tillstånd kan leda till förbättrad prestanda i organiska halvledare.

Läs också:

Idag · 04:29

Den långsamma utvecklingen av mänskliga hjärnor: små justeringars stora inverkan på evolutionen

Upptäckterna är inte bara teoretiskt spännande, de skapar även en rad praktiska tillämpningar. Förbättrade organiska halvledare kan leda till:

• Effektivare elektroniska enheter
• Bättre system för energikonvertering
• Robusta termoelektriska enheter för återvinning av spillvärme

Dessa nya upptäckter betonar potentialen hos organiska material. Polymerer kan möjliggöra att elektroner rör sig mer fritt tack vare deras slumpmässiga struktur, till skillnad från mer strukturerade material som kisel. Nästa viktiga steg är att förstå och tillämpa dessa effekter på andra material.

Forskare har gjort framsteg med att använda fälteffektportar för att kontrollera hur bra material leder elektricitet. För närvarande fungerar dessa metoder bara på materialens yta. I framtiden kan studier möjliggöra dessa tekniker att påverka hela materialet, vilket skulle drastiskt öka både dess effekt och ledningsförmåga.

Den senaste forskningen från Cavendish Laboratory innebär ett stort steg framåt inom organiska halvledarteknologier. Genom att förbättra dopningstekniker och utnyttja unika egenskaper hos icke-jämviktstillstånd kan vi förvänta oss bättre elektroniska och energiåtervinningsenheter. Framtiden ser ljus ut med många spännande nya framsteg på väg.