Электроны больше не идут по прямой: в чём секрет нового полупроводника

Как заставить электроны танцевать по спирали — и зачем вообще это нужно? Ответ нашли физики, создав органический полупроводник с уникальными свойствами. Это не просто научная диковинка, а реальный шаг вперёд в технологиях будущего: от ярких дисплеев до квантовых вычислений.

Хиральность — тайное оружие природы

В природе множество молекул обладает хиральностью: правая и левая формы одной молекулы — зеркальные отражения, которые не совпадают в пространстве. Именно из-за этого свойства две молекулы могут вести себя по-разному, как две руки, на которые невозможно надеть одну перчатку.

Исследователи решили применить эту идею в электронике. Они создали органический полупроводник, который использует хиральную структуру, формируя упорядоченные спиральные колонны — правые или левые. Результат? Электроны начинают двигаться по винтовой траектории, а свет — поляризоваться по кругу.

Из чего сделан материал

В основе открытия — триазатруксэн (TAT), органическое соединение, способное самоорганизовываться в спиральные стопки. При возбуждении синим или ультрафиолетовым светом TAT излучает яркий зелёный свет с высокой степенью циркулярной поляризации.

"Структура TAT позволяет электронам эффективно двигаться и одновременно влияет на то, как излучается свет", — объясняет соавтор исследования Марко Прейсс (Marco Preuss).

OLED-дисплеи станут ярче и экономичнее

Одно из главных применений — создание дисплеев нового поколения. Сегодня много энергии теряется из-за фильтрации света. Новый хиральный полупроводник решает эту проблему: он изначально излучает свет нужной поляризации, без дополнительных фильтров.

Устройство на базе TAT, интегрированное в CP-OLED (циркулярно поляризованные OLED), показало рекордные значения яркости, эффективности и степени поляризации.

"Это как набор Lego, где можно собирать не только прямоугольные блоки. Такие материалы открывают путь к созданию новых устройств, включая хиральные светодиоды", — отметил профессор сэр Ричард Френд (Richard Friend), соавтор работы.

Квантовые вычисления и спинтроника

Но на этом применение не заканчивается. Хиральный полупроводник важен и для квантовых технологий: он управляет не только движением, но и спином электронов — ключевым параметром для хранения и обработки информации в спинтронике и квантовых системах.

Уточнения

Полупроводни́к - материал, по удельной проводимости занимающий промежуточное место между проводниками и диэлектриками, и отличающийся от проводников (металлов) сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения.