تحمل أشباه الموصلات العضوية وعدًا هائلاً للاستخدام في شاشات العرض المسطحة والمرنة - تخيل جهاز iPod يمكنك طيه مثل الصفحة - لكنها لم تصل بعد إلى سرعة التطوير اللازمة للحصول على شاشات عالية الجودة
تحمل أشباه الموصلات العضوية وعدًا هائلاً للاستخدام في الشاشات المسطحة والمرنة - تخيل جهاز iPod يمكنك طيه مثل الصفحة - لكنها لم تصل بعد إلى سرعة التطوير اللازمة للحصول على شاشات عالية الجودة. إن المواد غير العضوية، مثل السيليكون، هي في الواقع سريعة ومستقرة، ولكن لا يمكن طيها، وبالتالي فإن البحث عن أشباه الموصلات العضوية المستقرة والسريعة لا يزال جاريا.
والآن، نجح فريق بحثي بقيادة باحثين من جامعتي ستانفورد وهارفارد في تطوير مادة عضوية جديدة شبه موصلة هي الأسرع المعروفة حتى الآن. وتمكن العلماء أيضًا من تسريع عملية التطوير باستخدام نهج تنبؤي أنقذ عدة أشهر - وربما حتى سنوات - من الجدول الزمني المعتاد. في معظم الحالات، يتطلب تطوير مادة عضوية لاستخدامها كمكون إلكتروني استثمارًا كبيرًا للوقت ويشبه عملية الضرب أو الخطأ، وهو قيد يتطلب من الباحثين تجميع عدد كبير من المواد المرشحة، وفي الخطوة التالية، اختبار فعاليتها. قرر فريق الباحثين استخدام نهج التنبؤ الحسابي من أجل تقليل عدد المواد المرشحة بشكل كبير حتى قبل إضاعة الوقت والجهد لإعدادها.
وقال أناتولي سوكولوف، الباحث في قسم الهندسة الكيميائية بجامعة ستانفورد، والذي كان مسؤولاً عن تصنيع المادة التي اختارها الفريق في النهاية: "إن تصنيع بعض هذه المركبات قد يستغرق عدة سنوات". ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية Nature Communications.
استخدم الباحثون مادة تُعرف باسم DNTT، والتي ثبت بالفعل أنها تعمل بمثابة أشباه موصلات عضوية فعالة، كنقطة انطلاق لهم، ثم نظروا إلى عدد من المركبات ذات الخصائص الكيميائية والإلكترونية التي من المحتمل أن تعزز أداء المادة. وفي نهاية العملية، وجد الباحثون سبعة مرشحين واعدين.
أشباه الموصلات هي مواد قادرة على نقل الشحنة الكهربائية من نقطة إلى أخرى بسرعة كبيرة. وتتحدد درجة كفاءة المادة في أداء هذه المهمة من خلال سرعة دخول الشحنة إلى المادة ودرجة السهولة التي يمكن بها لهذه الشحنة أن تنتقل من جزيء إلى آخر، داخل المادة نفسها.
وباستخدام الخصائص الكيميائية والهيكلية المتوقعة للمواد المحضرة، توقع فريق البحث أن اثنين من المرشحين السبعة سيكونان قادرين على امتصاص الشحنة الكهربائية بأكبر قدر من السهولة. وفي الخطوة التالية، قاموا بالحساب ووجدوا أن أحد هذين المركبين سيكون أسرع بكثير في نقل هذه الشحنة من جزيء إلى آخر، وبالتالي أصبح هذا المركب هو خيارهم النهائي. ومن خلال الحسابات، توقع الباحثون أن المادة الجديدة ستكون أسرع بمرتين من المادة الأولية.
ويوضح الباحث الرئيسي أن الأمر استغرق منهم عامًا ونصف لتحسين تركيب المركب الجديد وإعداد كمية كافية منه. "كان الاستخدام النهائي للتوليف حوالي ثلاثة بالمائة فقط، وما زال يتعين علينا تنقيته بشكل أكبر." وبالمقارنة، فإن المادة الجديدة أسرع بثلاثين مرة من السيليكون المستخدم اليوم في شاشات الكريستال السائل في منتجات مثل أجهزة التلفزيون ذات الشاشات المسطحة أو شاشات الكمبيوتر المسطحة.
"كان الأمر سيستغرق منا عدة سنوات لتجميع وتوصيف جميع المركبات المرشحة السبعة. وباستخدام هذا النهج، تمكنا من التركيز على المرشح الواعد والأفضل أداءً، بناءً على التنبؤ النظري"، يوضح أحد الباحثين المشاركين في هذا الإنجاز. ويأمل الباحثون أن يكون نهجهم بمثابة مخطط لمجموعات بحثية أخرى تحاول العثور على مواد أفضل يمكن استخدامها كأشباه موصلات عضوية. والباحثون حريصون بالفعل على تطبيق طريقتهم لتطوير مواد جديدة وفعالة يمكن استخدامها في الخلايا الشمسية العضوية.
يوضح أحد الباحثين: "في مجال الطاقة المتجددة، ليس لدينا الوقت اللازم لتجميع جميع المرشحين المحتملين، ونحتاج إلى نهج نظري يمكن أن يكمل النهج الاصطناعي من أجل تسريع اكتشاف المواد".
أخبار الدراسة
