Российские физики вырастили органический кристалл, который излучает управляемый поток света. Исследование позволит создать источники света нового типа для дисплеев электронных устройств, сверхъярких источников света, а также органических лазеров, работающих напрямую от электричества, а не от другого лазера или мощной газоразрядной лампы. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Materials Chemistry Frontiers.

В современных электронных устройствах все чаще устанавливают дисплеи на основе органических светодиодов (OLED). Однако при производстве таких излучателей на каждый пиксель необходимо два элемента: собственно органический светодиод, излучающий свет, и кремниевый транзистор для управления током. Дополнительно на дисплей устанавливают пленку из материала-поляризатора, которая управляет потоком света и обеспечивает антибликовое свойство экрана. Это делает OLED-электронику дорогостоящей и сложной в производстве. Кроме того, пленка поляризатора поглощает значительное количество света, что снижает энергоэффективность устройства.

Более перспективными являются источники света на основе органических светотранзисторов (OLET), которые совмещают функции и излучения, и управления током в одном устройстве. При разработке светотранзисторов ученые столкнулись с проблемой запирания света в устройстве, из-за чего значительная его часть оставалась внутри кристалла, а края излучающей зоны сильно светились. К неэффективному расходованию устройством электроэнергии приводило то, что молекулы органических веществ, из которых ранее выращивали кристаллы для светотранзистора, выстраивались перпендикулярно его поверхности.

Ученые из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва), Института синтетических полимерных материалов имени Н. С. Ениколопова РАН (Москва), Новосибирского института органической химии имени Н. Н. Ворожцова (Новосибирск) с коллегами из Гронингенского университета (Нидерланды) разработали новые светоизлучающие устройства на основе стержнеобразных молекул, образующих полупроводниковый кристалл. Органическое вещество в виде порошка ученые синтезировали в лаборатории, а затем развели в толуоле и осадили одиночные кристаллы.

Исследовав оптические свойства созданных светотранзисторов, ученые выяснили, что из образца в нужном направлении выходит больше излучаемого света. Результат был достигнут за счет архитектуры материала: молекулы располагались почти параллельно поверхности кристалла, под небольшим наклоном, благодаря чему он излучал поляризованный свет, направленный в сторону наблюдателя. При изготовлении электроники такой кристалл можно использовать в качестве единственного пикселя дисплея, он не требует отдельной установки транзисторов и поляризатора. Такой источник света также применим в устройствах блокировки света и антибликовых системах. Кроме того, светотранзистор эффективнее расходует электроэнергию при переводе ее в световое излучение, благодаря чему электронные устройства на его основе будут ярче и экономичнее аналогов.

Черно-белое изображение светотранзистора при внешней подсветке, голубой цвет – его излучение. Источник: Trukhanov et al. / Materials Chemistry Frontiers, 2022.

«Это путь к прозрачным, легким, гибким (небьющимся) источникам света для различного применения. Производство органических электронных устройств потенциально дешевле обычных, а еще оно может быть „зеленым” и менее энергозатратным. Обычный дисплей – как сэндвич: электрод, потом транзистор, светодиод. Многослойная структура. А здесь устройство ориентировано в плоскости: электрод слева, электрод справа, а в центре излучающая область. Оно очень тонкое, около 10 нм, может быть полностью прозрачным и излучает поляризованный свет в нужном направлении. На следующем этапе мы планируем сделать эффективный органический 2D транзистор, который позволит создать дисплей нового поколения и органический лазер, питаемый электричеством, а также заняться вопросом стабильности светотранзисторов», – рассказывает Дмитрий Паращук, руководитель группы органической электроники, доктор физико-математических наук, профессор физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.

Источник: пресс-служба РНФ.