В недавно опубликованной журналом Nature Materials статье, исследователи из Принстона, Технологического Института штата Джорджия и Университета им.Гумбольта в Берлине (Германия) описали новый подход, дающий огромное увеличение электропроводности органических полупроводников.

Они использовали в качестве легирующей добавки соединение рутения – восстанавливающий агент, добавляющий в полупроводники электроны. Он относится к новому классу димерных (состоящих из двух идентичных молекул – мономеров) органометаллических легирующих добавок, отличительными особенностями которых являются стабильность в воздушной среде и сохранение функции сильного донора электронов как в растворе, так и в твёрдом виде.

Авторы подчёркивают, что, в отличие от большинства известных легирующих добавок, найденный ими «гипер-восстановительный легирующий агент» уникален ещё и способностью работать с органическими полупроводниками. Этот класс материалов приобретает все более широкое распространение в технологиях гибкой электроники, преобразования солнечной энергии и высококачественных цветных дисплеев, однако имеет сравнительно невысокую электропроводность и плохо поддаётся легированию.

В серии лабораторных экспериментов, проведённых в Принстоне, исследователи обнаружили, что легирование рутениевым агентом повышает проводимость органических полупроводников примерно в миллион раз. Для активации легирования требовалось разрушить химическую связь между двумя молекулами димера – это достигалось облучением образца ультрафиолетом.

В ходе эксперимента выяснилось ещё одно интересное обстоятельство. Ожидалось, что после отключения УФ-излучения проводимость уменьшится до исходного уровня, но этого не произошло. Согласно выдвинутой авторами гипотезе, для обратного соединения молекул в рутениевый димер они должны быть ориентированы определённым образом, однако физическое рассеивание мономеров внутри легированного полупроводника мешает им принять более термодинамически выгодную конфигурацию димера – они находятся в «кинетической ловушке».

На протяжении более года наблюдения, легированный таким способом полупроводник продемонстрировал очень незначительное снижение электронной проводимости. Вдобавок, при использовании этого материала в светодиодах, происходила непрерывная повторная активация легирования под действием излучения самого устройства.