Заставив единственную молекулу полимерного материала излучать фотоны света, исследователи создали самый маленький органический светодиод в мире. Эта работа проводилась в рамках программы международных мульти-дисциплинарных исследований, направленных на создание электронных приборов и устройств молекулярного и атомарного уровня, устройств, которые в перспективе могут стать основой более мощных и более энергосберегающих вычислительных систем и малогабаритной электроники.
Гийом Шюлл (Guillaume Schull) и его коллеги из университета Страсбурга (University of Strasbourg), Франция, в качестве материала светодиода использовали молекулу токопроводящего полимера под названием политиофен. При помощи наконечника сканирующего туннельного микроскопа ученые определили точное место и положение длинной молекулы полимера, лежащей на золотом основании. Затем, используя наконечник микроскопа как подъемный кран, ученые захватили один край молекулы и подняли ее таким образом, что она стала играть роль проводника между наконечником и основанием.
Подав электрический потенциал между наконечником и золотым основанием, ученые начали производить запись значения текущего через молекулу электрического тока, сила которого достигала нескольких наноампер, регистрируя при этом количество и характеристики излучаемых молекулой фотонов.
Следует отметить, что обычные светодиоды представляют собой части металлического или органического полупроводникового материала, зажатые меж двумя электродами. Когда на эти два электрода подается электрическое напряжение, в полупроводнике возникают два потока, движущиеся в противоположных направлениях, поток свободных электронов и электронных дырок. И когда электрон встречается с дыркой, играющей роль положительно заряженной частицы, происходит их условная аннигиляция, сопровождающаяся излучением фотона света с определенной длиной волны, которая зависит от энергии электрона и дырки.
Точно такой же процесс происходит и в молекуле политиофена, за исключением более маленького масштаба, масштаба молекулярного уровня. Исследователи выяснили, что при определенном значении обратного электрического потенциала, который обеспечивает максимальную производительность молекулярного светодиода, один фотон света красного цвета излучается приблизительно на 100 тысяч свободных электронов, которые текут от наконечника микроскопа через молекулу к основанию. Но если поменять полярность приложенного потенциала на обратную, то процесс излучения света практически прекращается, а вся энергия электронов и дырок преобразуется в тепловую энергию, полностью повторяя все эффекты, наблюдаемые в обычных светодиодах.
Источник:
