Такое расположение определяется двумя основными факторами: скоростью осаждения (насколько быстро размещаются молекулы) и температурой поверхности. Более низкая скорость осаждения и более высокая температура способствуют правильному расположению молекул, что приводит к созданию более стабильных структур. Нахождение правильной временной шкалы для этого процесса также очень важно, поэтому исследователи ищут способы контролировать эти факторы для оптимального расположения молекул на поверхности.

В новом исследовании команда из Японии под руководством профессора Хисао Исии из Высшей школы науки и техники и Центра пограничных наук Университета Чиба, а также Масахиро Охара из Университета Чиба и доктора Юя Танака из Высшей школы науки и техники Университета Гунма представила новый метод осаждения, который позволяет добиться подходящего расположения молекул. Статья была размещена в Интернете 4 декабря 2023 года и опубликована в журнале Applied Materials and Interfaces.

При осаждении органических молекул методом вакуумного напыления ориентация молекул меняется с течением времени за счет паузы в осаждении. Более того, изменяя условия осаждения, можно изменить ориентацию как головной, так и хвостовой части молекул, — объясняет профессор Ишии.

В своем исследовании команда нашла простой и в то же время оригинальный способ контролировать ориентацию молекул, осажденных на алюминиевые и бензолсодержащие тонкие пленки, обозначенные как Alq3 и TPBi, соответственно. Они использовали метод «прерывистого осаждения», который предусматривает перерывы в процессе осаждения, и разработали обновленную версию инструмента под названием „вращающийся зонд Кельвина“ (RKP). Он использовался для измерения поверхностного потенциала (напряжения на поверхности материала) во время и после осаждения в режиме реального времени. Многократно открывая и закрывая затвор для осаждения через определенные промежутки времени, исследователи могли изменять поляризацию (распределение зарядов), влияя на то, как молекулы ориентированы на пленках.

Новый подход к прерывистому осаждению позволил создать расслабленный и стабильный поверхностный слой с контролируемой поляризацией. Исследование также показало, как релаксация поверхности влияет на ориентацию молекул и формирование потенциальной долины (в форме буквы «V»). Фактически, этот метод осаждения позволяет создать произвольный профиль потенциала для желаемой ориентации молекул на интересующей тонкой пленке.

С точки зрения применения, этот метод прерывистого осаждения может повысить эффективность и срок службы OLED-материалов. Кроме того, она может быть использована для неполярных органических молекул, что делает ее полезной для таких устройств, как органические фотоэлектрические элементы и транзисторы. Профессор Исии подчеркивает:

Ожидается, что этот метод позволит еще больше повысить эффективность и срок службы OLED. Помимо OLED, он также способствует развитию других органических устройств, таких как органические запоминающие устройства. Таким образом, замена обычных неорганических устройств на органические сделает легкие и гибкие устройства легкодоступными.

Таким образом, в данном исследовании изучаются процессы релаксации, влияющие на ориентацию молекул на поверхности органических тонких пленок, и используется прерывистое осаждение для эффективного создания стабильного поверхностного слоя. Кроме того, разработан инструмент RKP для анализа изменений поверхностного потенциала с течением времени. Ожидается, что предложенный метод осаждения будет работать с различными органическими молекулами (не только полярными) и может открыть путь к улучшению существующих и разработке новых органических устройств.