Para peneliti telah mengajukan tantangan lama di bidang semikonduktor organik, membuka kemungkinan baru untuk masa depan elektronik.
Ini seperti bekerja dengan set Lego dengan segala bentuk yang dapat Anda bayangkan, bukan hanya batu bata persegi panjang Teman Richard
Para peneliti, yang dipimpin oleh University of Cambridge dan Eindhoven University of Technology, telah menciptakan semikonduktor organik yang memaksa elektron untuk bergerak dalam pola spiral, yang dapat meningkatkan efisiensi tampilan OLED dalam layar televisi dan smartphone, atau teknologi komputasi generasi berikutnya seperti spintronics dan komputasi kuantum.
Semikonduktor yang mereka kembangkan memancarkan cahaya yang terpolarisasi secara melingkar, lampu membawa informasi tentang 'kidal' elektron. Struktur internal semikonduktor sebagian besar anorganik, seperti silikon, bersifat simetris, yang berarti elektron bergerak melaluinya tanpa arah yang disukai.
Namun, di alam, molekul sering memiliki struktur kiral (tangan kanan): seperti tangan manusia, molekul kiral adalah gambar cermin satu sama lain. Chirality memainkan peran penting dalam proses biologis seperti pembentukan DNA, tetapi merupakan fenomena yang sulit untuk memanfaatkan dan mengontrol elektronik.
Tetapi dengan menggunakan trik desain molekuler yang diilhami oleh alam, para peneliti menciptakan semikonduktor kiral dengan mendorong tumpukan molekul semikonduktor untuk membentuk kolom spiral tangan kanan atau kidal. Hasil mereka dilaporkan dalam jurnal Sains.
Salah satu aplikasi yang menjanjikan untuk semikonduktor Chiral adalah dalam teknologi tampilan. Tampilan saat ini sering menyia -nyiakan sejumlah besar energi karena cara layar menyaring lampu. Semikonduktor Chiral yang dikembangkan oleh para peneliti secara alami memancarkan cahaya dengan cara yang dapat mengurangi kerugian ini, membuat layar lebih cerah dan lebih hemat energi.
“Ketika saya mulai bekerja dengan semikonduktor organik, banyak orang meragukan potensi mereka, tetapi sekarang mereka mendominasi teknologi tampilan,” kata Profesor Sir Richard Friend dari Laboratorium Cavendish Cambridge, yang ikut memimpin penelitian. “Tidak seperti semikonduktor anorganik yang kaku, bahan molekuler menawarkan fleksibilitas yang luar biasa-memungkinkan kita untuk merancang struktur yang sama sekali baru, seperti LED kiral. Ini seperti bekerja dengan set Lego dengan segala bentuk yang dapat Anda bayangkan, daripada hanya batu bata persegi panjang.”
Semikonduktor didasarkan pada bahan yang disebut triazatruxene (TAT) yang merakit diri menjadi tumpukan heliks, memungkinkan elektron untuk berputar di sepanjang strukturnya, seperti benang sekrup.
“Ketika bersemangat dengan cahaya biru atau ultraviolet, Tat yang dirakit sendiri memancarkan cahaya hijau terang dengan polarisasi melingkar yang kuat-efek yang sulit dicapai dalam semikonduktor sampai sekarang,” kata penulis pertama Marco Preuss, dari Universitas Teknologi Eindhoven. “Struktur TAT memungkinkan elektron untuk bergerak secara efisien sambil mempengaruhi bagaimana cahaya dipancarkan.”
Dengan memodifikasi teknik fabrikasi OLED, para peneliti berhasil memasukkan TAT ke dalam oled terpolarisasi sirkuler (CP-ELED). Perangkat ini menunjukkan efisiensi pemecahan rekor, kecerahan, dan tingkat polarisasi, menjadikannya yang terbaik dari jenisnya.
“Kami pada dasarnya telah mengerjakan ulang resep standar untuk membuat OLED seperti yang kami miliki di smartphone kami, memungkinkan kami untuk menjebak struktur kiral dalam matriks yang stabil dan tidak kristal,” kata penulis pertama Rituparno Chowdhury, dari Laboratorium Cavendish Cambridge. “Ini memberikan cara praktis untuk membuat LED terpolarisasi sirkuler, sesuatu yang telah lama menghindari lapangan.”
Pekerjaan ini merupakan bagian dari kolaborasi selama beberapa dekade antara kelompok penelitian Friend dan kelompok Profesor Bert Meijer dari Universitas Teknologi Eindhoven. “Ini adalah terobosan nyata dalam membuat semikonduktor kiral,” kata Meijer. “Dengan merancang struktur molekul dengan hati -hati, kami telah menggabungkan kiralitas struktur dengan gerakan elektron dan itu belum pernah dilakukan pada level ini sebelumnya.”
Semikonduktor Chiral mewakili langkah maju di dunia semikonduktor organik, yang sekarang mendukung industri senilai lebih dari $ 60 miliar. Di luar tampilan, pengembangan ini juga memiliki implikasi untuk komputasi kuantum dan spintronics-bidang penelitian yang menggunakan putaran, atau momentum sudut yang melekat, elektron untuk menyimpan dan memproses informasi, berpotensi mengarah ke sistem komputasi yang lebih cepat dan lebih aman.
Richard Friend adalah Fellow dari St John's College, Cambridge. Rituparno Chowdhury adalah anggota Fitzwilliam College, Cambridge.
Referensi:
Rituparno Chowdhury, Marco D. Preuss et al. 'Elektroluminesensi terpolarisasi sirkuler dari film tipis semikonduktor supramolekul kiral.' Sains (2025). ADT3011
