Los químicos y científicos de polímeros que colaboran en el informe Amherst de la Universidad de Massachusetts en Comunicaciones de la naturaleza esta semana que identificaron por primera vez una propiedad inesperada en una molécula semiconductora orgánica que podría conducir a materiales más eficientes y rentables para su uso en pantallas de teléfonos celulares y computadoras portátiles, por ejemplo, y en dispositivos optoelectrónicos como láseres, diodos emisores de luz y comunicaciones por fibra óptica.

El químico físico Michael Barnes y el científico de polímeros Alejandro Briseño, con los estudiantes de doctorado Sarah Marques, Hilary Thompson, Nicholas Colella y la investigadora postdoctoral Joelle Labastide, descubrió la propiedad, separación de carga intrínseca direccional, en nanocables cristalinos de un semiconductor orgánico conocido como 7, 8, 15, 16-tetraazaterrileno (TAT).

Los investigadores vieron no solo una separación eficiente de cargas en TAT, pero una direccionalidad muy específica que Barnes dice "es bastante útil. Agrega control, por lo que no estamos a merced de movimientos aleatorios que es ineficiente. Nuestro artículo describe un aspecto de la física nanoscópica dentro de cristales individuales, una estructura que facilitará el uso de esta molécula para nuevas aplicaciones, como en dispositivos que utilizan entrada de luz polarizada para conmutación óptica. Nosotros y otros explotaremos inmediatamente esta direccionalidad ".

Él añade, "La observación de la separación de carga intrínseca no ocurre en los polímeros, Hasta donde sabemos, solo ocurre en esta familia de nanocables o ensamblajes cristalinos de moléculas orgánicas pequeñas. En términos de aplicación, ahora estamos explorando formas de organizar los cristales en un patrón uniforme y desde allí podemos encender o apagar las cosas dependiendo de la polarización óptica, por ejemplo."

Sin embargo, el equipo de UMass Amherst cree que la propiedad no es una rareza exclusiva de este material, pero que varios materiales potencialmente lo comparten, hacer que los descubrimientos en TAT sean interesantes para una amplia variedad de investigadores, Dice Barnes. Se han observado tipos similares de observaciones en cristales de pentaceno, él nota, que muestran algo similar pero sin direccionalidad. En este trabajo apoyado por el Departamento de Energía de EE. UU. Y el Centro de Manufactura Jerárquica de UMass Amherst, proponen que el efecto proviene de una interacción de transferencia de carga en los nanocables conductores de carga de la molécula que se pueden programar.

En la visión convencional de la recolección de energía solar con materiales orgánicos o basados ​​en carbono, el químico explica, Los científicos entendieron que las capas orgánicas activas que actúan en los dispositivos absorben la luz, que conduce a un estado excitado conocido como excitón. En este mecanismo, el excitón migra a un límite de interfaz donde se separa en una carga positiva y negativa, liberando el voltaje para ser utilizado como energía. "En esta vista, espera que la luz se absorba bien para que la transferencia sea eficiente, " él dice.

En un trabajo anterior, Barnes, Briseño y otros en UMass Amherst trabajaron para controlar el tamaño del dominio de los materiales para igualar lo que se creía que era la distancia que un excitón puede viajar en el tiempo que tarda en irradiar. él añade. "Todo esto se basa en la idea de que el mecanismo de separación de cargas es extrínseco, que una fuerza impulsora externa separa las cargas, ", señala. El objetivo había sido eliminar la necesidad de esa interfaz".

Más reciente, Briseño y sus colegas llegaron a un punto en la síntesis de cristales donde sus dispositivos basados ​​en polímeros no funcionaban como querían. él relata. Briseño pidió a Barnes y sus colegas que usaran su instrumentación de medición especial para investigar. Barnes y sus colegas encontraron un defecto estructural que Briseño podía arreglar. "Le proporcionamos algunos diagnósticos para mejorar el crecimiento de sus cristales, "Dice Barnes.

"De esto, notamos pistas de que estaban sucediendo algunas cosas muy interesantes, que nos llevó al descubrimiento, "Agrega Barnes." Es divertido cuando la ciencia funciona de esa manera. Fue una relación muy agradable y mutuamente beneficiosa ".

"Lo que la naturaleza nos trajo fue algo mucho más rico e interesante que cualquier cosa que pudiéramos haber anticipado. Pensamos que iba a ser cualitativamente similar a las observaciones anteriores, quizás diferente en detalles cuantitativos, pero la historia real es mucho más interesante. En este material, encontraron que la forma en que empaqueta los cristales da lugar a su propia separación, una propiedad intrínseca del material cristalino ".