(Phys.org) — Facendo un passo verso l'elettronica flessibile tanto ambita, un team di ricerca internazionale che ha scoperto come rivestire un materiale organico come una pellicola sottile, come spalmare il burro su un pane tostato, voleva dare un'occhiata più da vicino al motivo per cui il loro semiconduttore organico spalmabile è cresciuto in quel modo.

Inserisci gli scienziati Cornell e la sorgente di sincrotrone ad alta energia Cornell (CHESS), dove un piccolissimo, un raggio di raggi X estremamente luminoso ha aperto la strada a filmati ad alta velocità che mostrano come queste molecole organiche hanno formato reticoli cristallini su scala nanometrica. Comprendere e mettere a punto questo processo è la chiave per far progredire la tecnologia dal solo laboratorio alla produzione di massa.

La visualizzazione del processo di cristallizzazione è dettagliata in un 16 aprile Comunicazioni sulla natura pubblicazione online e coinvolge scienziati della Stanford University, King Abdullah University of Science and Technology, e Cornell. Il team di Cornell includeva lo scienziato dello staff di CHESS Detlef Smilgies, che ha condotto gli esperimenti sulla linea di luce a raggi X D1 a CHESS; e Paulette Clancy, professore di ingegneria chimica e biomolecolare, che ha fornito la spina dorsale teorica chiave per supportare i risultati sperimentali.

Gli ingegneri di Stanford avevano precedentemente descritto un metodo chiamato taglio della soluzione che applica un sottile strato di solvente organico a semiconduttore su una superficie piana, che cristallizza in millisecondi. Hanno inventato un dispositivo simile a un coltello da burro che diffonde il materiale.

Per catturare questo processo, Smilgies ha collaborato con gli scienziati di Stanford e KAUST per ideare un coltello da burro in miniatura compatibile con la strumentazione a raggi X CHESS. Hanno focalizzato il raggio di sincrotrone su un punto molto piccolo sul bordo del coltello da burro, sparandolo a intervalli di alcune decine di millisecondi mentre il coltello trascinava la soluzione del semiconduttore organico lungo un wafer di silicio.

"La complessità dell'effettivo processo di cristallizzazione è sbalorditivo, " Disse Smilgies. "C'è un alto tasso di taglio, rapida evaporazione del solvente, e poi una nuova struttura cristallina alle massime velocità di taglio, che ha prodotto le migliori prestazioni del transistor.

Smilgies ha accreditato lo studente laureato di Stanford Gaurav Giri per aver riconosciuto che il confinamento molecolare - assottigliamento o addensamento del liquido - era il problema chiave, e ha sostenuto questa idea studiando solventi con una varietà di dimensioni molecolari.

La studentessa Clancy e Cornell, Kristina Lenn, ha affrontato il problema del motivo per cui alcuni solventi influenzano l'esito della cristallizzazione. Hanno modellato molti solventi diversi e hanno mostrato che le dimensioni molecolari influenzavano principalmente i tipi di cristalli formati. In altre parole, hanno fornito le intuizioni teoriche che hanno supportato l'interpretazione degli esperimenti.

"È stata una sorpresa vedere che solo piccoli cambiamenti nelle dimensioni delle molecole di solvente erano sufficienti per interrompere la disposizione delle vicine molecole di semiconduttore organico, " disse Clancy. "Man mano che le particelle di solvente crescevano di dimensioni, potevi vedere visibilmente le molecole di semiconduttore piegarsi e torcersi per evitare lo sforzo."

La conoscenza dettagliata di come diffondere tali cristalli sottili con un comportamento costantemente preciso fornisce un passo importante verso la trasformazione di questi cosiddetti semiconduttori organici tesi in prodotti utili come display flessibili, smart tag e sensori bioelettronici, hanno detto i ricercatori.