Widgets Magazine
20:31 18 Tháng Chín 2019
chip

Đề xuất làm mạch vi hình có kích thước bằng một phân tử

© Fotolia / Edelweiss
Khoa học
URL rút ngắn
10
Theo dõi Sputnik trên

Thiết bị điện tử silicon hiện đại gần như đã đạt đến giới hạn cực nhỏ. Việc sử dụng chất hữu cơ có tiềm năng cho phép tạo ra các thành tố của mạch vi hình với kích thước của một phân tử. Các nhà khoa học của Đại học Hạt nhân MEPhI đã tích cực tiến hành nghiên cứu trong lĩnh vực này. Mới đây, họ đã mô hình hóa những thay đổi trong trạng thái kích hoạt của một phân tử bán dẫn hữu cơ. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí "Journal of Physical Chemistry".

Điện tử hữu cơ được xem là triển vọng vì hai lý do. Thứ nhất, nguyên liệu để tổng hợp hữu cơ có mức giá hoàn toàn phải chăng. Thứ hai, việc sử dụng các vật liệu hữu cơ cho phép tạo ra các thành tố của vi mạch có kích thước của một phân tử, tức là xích gần hơn đến cấu trúc nội bào của các chủ thể sống.

Hướng thiết kế các phân tử hữu cơ và vật liệu chức năng siêu nhỏ dành cho thiết bị điện tử hữu cơ là lĩnh vực khoa học đầy hứa hẹn. Các nhà khoa học xúc tiến tổng hợp những kinh nghiệm hiện có của thế giới và bắt tay xây dựng mô hình giả thiết.

“Nhóm chúng tôi đang tham gia vạch mô hình dự đoán các tính chất của vật liệu dành cho thiết bị điện tử hữu cơ, cụ thể là điốt quang hữu cơ (OLED). Khi OLED hoạt động, các electron được đưa từ cực âm, còn từ cực dương là các lỗ truyền, nơi chúng gặp nhau và kết hợp lại đâu đó ở giữa thiết bị và phát ra ánh sáng. Tinh trạng khi một electron và lỗ trống hiện hữu gần nhau, nhưng không kết hợp có thể sống đủ lâu – nó được gọi là exciton, và thường thì exciton này khu trú trong giới hạn của một phân tử”, - bà Alexandra Freidzon một trong những tác giả nghiên cứu, trợ giảng tại Khoa Vật lý Ngưng tụ của Đại học Quốc gia Nghiên cứu Hạt nhân MEPhI kiêm chuyên viên nghiên cứu tại Trung tâm Quang hóa của Viện Hàn lâm Khoa học Nga cho biết.

Theo lời bà, với sự hỗ trợ của cách dịch chuyển exciton sang các phân tử lân cận, sẽ thuận tiện để điều chỉnh ánh sáng và kiểm tra hiệu quả màu sắc phát quang của OLED: giữa lớp loại n và p của chất bán dẫn hữu cơ có đặt lớp tán xạ (thường cũng là bán dẫn), nơi các electron với lỗ trống gặp nhau, tái hợp và “không phân ly”.

“Chúng tôi đã nghiên cứu hoạt động của exciton trong một phân tử dạng chất bán dẫn lỗ điển hình, cũng sử dụng như ma trận của lớp phát xạ. Hóa ra là exciton khu trú định vị không phải trên toàn bộ phân tử, mà chỉ trên các phần  riêng lẻ của nó và có thể di chuyển theo phân tử. Cụ thể, di chuyển dưới tác động không lớn của như hiện diện của một phân tử khác (chẳng hạn như chất phát xạ dopant)”, - bà Alexandra Freidzon thông báo.

Các nhà nghiên cứu đã làm rõ cơ chế và đánh giá thời gian “di cư” của exciton từ đầu này sang đầu kia của phân tử.

“Hóa ra, quá trình chuyển động dọc theo con đường di cư diễn ra rất nhanh, theo thang bậc đo picosecond - và các dao động nội phân tử nhất định giúp nó khá rõ trong việc này”, - chuyên viên khoa học của MEPhI nói thêm.

Theo ý kiến của các tác giả, giờ đây có thể đánh giá sự hiện diện của các phân tử lân cận ảnh hưởng đến quá trình này và đề xuất sửa đổi cấu trúc của phân tử ban đầu nhằm làm cho quá trình chuyển năng lượng kích hoạt sang phân tử phát xạ đạt hiệu quả tối đa có thể. Ở đây cũng chính là tiến trình thiết kế ảo về vật liệu chức năng: các nhà khoa học đang xác định chức năng chủ chốt của vật liệu và xây dựng mô hình trên cơ sở chức năng này để phân định yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả quy trình và đề xuất sửa đổi những biến thể mới của vật liệu.

Các nhà khoa học lưu ý rằng hiện nay công việc đang ở giai đoạn đầu tiên để hiểu quá trình di chuyển của exciton trong chất bán dẫn hữu cơ. Sắp tới có thể sẽ đưa ra khuyến nghị về sửa đổi phân tử, sử dụng trong ma trận các lớp phát xạ của OLED.