Científicos rusos pretenden crear componentes de microchips del tamaño de una molécula

La electrónica de silicio moderna ha llegado prácticamente a los límites de la miniaturización. La utilización de materia orgánica permite, en potencia, crear elementos de microchips tan pequeño como un conjunto de átomos

Un equipo de científicos de la Universidad Nacional rusa de Investigaciones Nucleares (MEPhI) está realizando investigaciones en este ámbito y recientemente han modelado cambios del estado excitado de la molécula de un semiconductor orgánico. Los resultados del estudio están disponibles en el Journal of Physical Chemistry.

Hay dos razones por las que la electrónica orgánica es considerada un campo prometedor. Primero, la materia prima para la síntesis orgánica es bastante fácil de conseguir. Segundo, el uso de materiales orgánicos permite fabricar elementos de microchips del tamaño de una molécula, lo que los asemeja a las estructuras intracelulares de los seres vivos.

El diseño avanzado de moléculas orgánicas y materiales funcionales para la electrónica orgánica es una rama prometedora de la ciencia. Los científicos de la MEPhI están generalizando las experiencias internacionales existentes y trabajando en el modelado predictivo.

«Nuestro equipo se dedica al modelado predictivo de las propiedades de materiales para la electrónica orgánica, concretamente para los diodos orgánicos de emisión de luz (oledes). Cuando un oled funciona, el cátodo emite electrones y el ánodo inyecta huecos que chocan en los alrededores del centro del dispositivo y se recombinan emitiendo luz. El estado en el que un electrón y un hueco están cerca pero no se recombinan puede mantenerse durante bastante tiempo y se llama excitón, a menudo el excitón se localiza dentro de una misma molécula», explica una de los autores del estudio, Alexandra Freidzon, asistente del Área de Física de Medios Condensados de la Universidad Nacional de Investigaciones Nucleares MEPhI e investigadora del Centro de Fotoquímica de la Academia de Ciencias de Rusia.

Según la científica, la transferencia del excitón a las moléculas adyacentes facilita el control del color y la eficacia de la luz de los oledes: entre las capas de semiconductores orgánicos tipo n y tipo p se coloca una capa emisora (también suele ser un semiconductor) en la que los electrones y los huecos se unen, recombinan y no se separan.

«Hemos estudiado el comportamiento del excitón en la molécula de un semiconductor tipo p que también se utiliza como matriz de la capa emisora. Y resulta que el excitón no está localizado en toda la molécula sino en algunas de sus zonas, y puede migrar en esta. En particular, migra bajo el efecto de pequeñas perturbaciones, tales como la presencia de otra molécula (por ejemplo, un dopante emisor)», aclara Alexandra Freidzon.

Los investigadores esclarecieron ese mecanismo y estimaron el tiempo de la migración del excitón de un extremo de la molécula al otro.

«Resulta que en una de las rutas la migración se produce muy rápido, en escala de picosegundos, fenómeno que posibilitan vibraciones intramoleculares muy concretas», añade la científica de la Universidad MEPhI.

Según los autores, ahora se puede evaluar cómo este proceso se ve afectado por la presencia de moléculas adyacentes y proponer modificaciones de la estructura de la molécula original para conseguir que el proceso de transferencia de la energía de excitación a la molécula emisora sea lo más eficiente posible. Es ahí donde radica el proceso de diseño virtual de materiales funcionales: los científicos identifican la función clave del material y construyen un modelo del proceso que subyace en esta función para determinar los factores principales que afectan la eficiencia del proceso y proponer nuevas modificaciones del material.

Los científicos señalan que en estos momentos se encuentran en la primera fase para comprender el proceso de migración del excitón en semiconductores orgánicos. Pero pronto podrán dar recomendaciones sobre la modificación de las moléculas utilizadas en las matrices de las capas emisoras de los oledes.

Cortesía de Sputnik

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