«Плівки». Ілюстрація - Олена Хавіна, прес-служба МФТІ.
Міжнародна група вчених досліджувала залежність електричних властивостей тонких плівок дигексил-кватротіофену від їх структури. Виявилося, що при переході від кристалічної форми до рідкокристалічної, плівки гірше проводять електричний струм. Крім того, виявлена не зустрічається в об'ємному матеріалі «третя фаза» - шар речовини товщиною в одну молекулу. Ця структура може сприяти перенесенню заряду в площині плівки, що важливо при проектуванні мікроелектронних пристроїв.
Результати досліджень опубліковані в журналі Nanoscale Research Letters.
Оліготиофени - перспективні органічні напівпровідники. Їхні стрижневидні молекули здатні орієнтуватися поблизу поверхні, на яку вони нанесені, маючи цикли тіофенів один за одним, подібно до стосів монет. При цьому «ребра монет» в сусідніх стосах розташовані, як паркетні плашки при укладанні паркету «ялинкою» (так, до речі, ця орієнтація молекул і називається). Це «укладання» дозволяє заряду переміщатися від однієї молекули до іншої. Структурна формула молекули тіофену і молекули дігексил-кватротіофена.
Чим більше в молекулі тіофенів - циклічних вуглеводнів, що містять атом сірки, - тим провідність краща, але при цьому зменшується розчинність сполуки. Оптимальною кількістю визнано чотири, при цьому розчинність покращують, наприклад, додаючи гексильні фрагменти на кінці ланцюжка.
Дослідники випаровували розчинений дигексил-кватротіофен у вакуумному реакторі і облагали на кремнієву підкладку. Кристалічну структуру отриманих пленок вивчали методом дифракції рентгенівського променя при ковзному падінні. Промінь падає на плівку під дуже малим кутом, що збільшує шлях, який він проходить в товщі матеріалу, зазнаючи багаторазові відображення. Інакше сигнал від тонкої плівки виходить дуже слабким і втрачається на тлі сигналу від підкладки. Отримана інформація дала можливість встановити, як молекули речовини розташувалися щодо підкладки.
З'ясувалося, що спочатку дигексил-кватротіофен висококристалічний: молекули розташовані «ялинкою» і стоять перпендикулярно підкладці. При нагріванні зразка до 85 градусів відбувався фазовий перехід: орієнтація молекул змінювалася, утворювалася рідкокристалічна фаза. Це супроводжувалося зниженням провідності плівки.
Після нагріву до 130 градусів зразок охолоджували до кімнатної температури, при цьому кристалічність і, отже, провідність частково відновлювалися.
При нагріванні вчені побачили появу третьої структури - на рентгенограмі спостерігалися слабкі дифракційні максимуми, що не відповідають рідкокристалічній фазі. У раніше проведених наукових роботах схожі максимуми давали моношари подібних дигексил-кватротіофену сполук. Цікаво, що дана фаза спостерігалася і при температурі зразка в 70 градусів.
За своєю структурою виявлений монослой сприяє перенесенню зарядів у площині, що важливо при застосуванні пленок для гнучкої електроніки. Крім того, можливо, подібні моношари виникають і в тонких плівках інших схожих за структурою з'єднань, що застосовуються при виробництві мікроелектронних пристроїв. У зв'язку з тим, що основне перенесення заряду відбувається в дуже тонкому шарі біля підкладки, даний факт доведеться враховувати при розгляді зв'язку між перенесенням зарядів у речовині і її наноструктурою.
Дмитро Іванов, професор, завідувач лабораторією функціональних органічних і гібридних матеріалів МФТІ, директор досліджень Національного центру наукових досліджень Франції і співавтор роботи, прокоментував:
«Використане в роботі поєднання in situ методів дослідження, таких як структурний аналіз і одночасні вимірювання електричних властивостей, дозволяє розібратися в природі складних фазових перетворень матеріалу і оцінити його потенціал для практичного застосування в органічних електронних пристроях».
