Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Starker Halt - Unerwartete Wechselwirkung zwischen organischen Halbleitern

07.03.2012
Jülicher Physiker haben eine unerwartet starke Bindung zwischen organischen Schichten entdeckt. Solche Strukturen geben Wissenschaftlern weltweit noch viele Rätsel auf. Sie sind die Grundlage für neuartige elektronische Bauelemente aus organischen Halbleitern, die mittlerweile in immer mehr Smartphones und Fernsehgeräten verwendet werden. Die Ergebnisse werden in der renommierten Zeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Organische Halbleiter lassen sich günstig herstellen, flexibel formen und sind äußeren Einflüssen gegenüber relativ unempfindlich. Im Prinzip könnten sie künftig sogar einfach auf Plastikfolien aufgedruckt werden. Als organische Leuchtdioden (OLEDs) werden sie bereits vielfach eingesetzt, vor allem in Smartphones, weil sie nur wenig Strom verbrauchen.


Rastertunnelmikroskop-Aufnahme bei -260 °C: eine dünne Schicht Kupfer-Phthalocyanin hat sich im oberen rechten Bildteil auf einem Gitter aus PTCDA angelagert. Die übereinstimmende Anordnung der verschiedenartigen Moleküle weist auf die starke Bindung zwischen den beiden Schichten hin.
Forschungszentrum Jülich

Trotzdem sind die elektronischen Eigenschaften dieser komplexen Materialien bisher noch größtenteils unbekannt. Von besonderem Interesse für die Forschung sind die Grenzflächen. Denn für die Leistung der Bauteile ist entscheidend, wie gut sich Kontakte mit anderen organischen und metallischen Leitern herstellen lassen. Je stärker die Verbindung, desto besser können Elektronen von einem Material auf das andere übergehen – und desto mehr Strom oder Licht liefern Solarzellen oder Leuchtdioden.

Solche starken Bindungen bilden organische Moleküle allerdings in der Regel nicht aus. „Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass organische Materialien untereinander nur über schwache Van-der-Waals-Kräfte wechselwirken. Nur in Kontakt mit manchen Metallen, zeigen sie auch eine stärkere Anbindung, genannt Chemisorption“, berichtet Dr. Christian Kumpf vom Forschungszentrum Jülich. „Wir konnten jetzt erstmals eine solche Chemisorption zwischen zwei organischen Schichten nachweisen, die wir auf einen Silberkristall aufgedampft hatten.“ Solche sandwichartigen Strukturen befinden sich auch in OLEDs, die meist aus mehreren organischen Schichten zwischen zwei metallischen Leitern bestehen.

Für die Analyse verwendeten Kumpf und seine Kollegen PTCDA, ein organisches Halbleitermaterial sowie Kupfer-Phthalocyanin, das häufig als Farbstoff verwendet wird. Danach untersuchten sie die nur je eine Moleküllage dicken Schichten mit verschiedenen hochspezialisierten Messverfahren. Mit Ultravioletter Photoelektronen Spektroskopie (UPS) zeigten die Forscher, dass es zu einem elektronischen Ladungstransfer zwischen den organischen Halbleitern kommt. Mit Rastertunnelmikroskopie (STM) und Niederenergetischer Elektronenbeugung (LEED) stellten sie außerdem fest, dass sich in Folge der starken Bindung die Anordnung der Moleküle von einer Lage auf die nächste überträgt, also praktisch „durchpaust“.

Dass einige Metalle solche starken Wechselwirkungen mit einem organischen Halbleiter aufbauen können, ist schon länger bekannt. Kumpf selbst trug bereits mit seinen früheren Arbeiten zur Forschung auf diesem Gebiet bei, auch vor seinem Wechsel im Jahr 2008 nach Jülich zu Prof. Stefan Tautz.

„Dass der Ladungstransfer zwischen diesen organischen Materialien stattfindet, ist neu, das kam ziemlich unerwartet. Diese Erkenntnis wird später sicher noch in die Entwicklung neuer organischer Halbleiterbauteile einfließen“, schätzt der Direktor des Jülicher Peter Grünberg Instituts (PGI). Bis dahin ist es aber noch ein weiter Weg. Zu unterschiedlich sind die Herstellungsprozesse in der Industrie und die Anforderungen im Labor, bei denen es eher auf Wiederholbarkeit und Genauigkeit ankommt.

Originalveröffentlichung:
Benjamin Stadtmüller, Tomoki Sueyoshi, Georgy Kichin, Ingo Kröger, Sergey Soubatch, Ruslan Temirov, F. Stefan Tautz, and Christian Kumpf: Commensurate registry and chemisorption at a hetero-organic interface, Phys. Rev. Lett.
108, 106103 (2012)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.106103
URL: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.108.106103
Ansprechpartner:
Priv.-Doz. Dr. Christian Kumpf
Tel. 02461 61-1452
Email c.kumpf@fz-juelich.de
Pressekontakt:
Tobias Schlößer
Tel. 02461 61-4771
Email t.schloesser@fz-juelich.de

Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich
Weitere Informationen:
http://www.fz-juelich.de/pgi/pgi-3/EN/UeberUns/Organisation/Gruppe1/gruppe1_node.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Highlight der Halbleiter-Forschung
20.02.2018 | Technische Universität Chemnitz

nachricht Beobachtung und Kontrolle ultraschneller Prozesse mit Attosekunden-Auflösung
20.02.2018 | Technische Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

Aachener Optiktage: Expertenwissen in zwei Konferenzen für die Glas- und Kunststoffoptikfertigung

19.02.2018 | Veranstaltungen

Konferenz "Die Mobilität von morgen gestalten"

19.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Highlight der Halbleiter-Forschung

20.02.2018 | Physik Astronomie

Wie verbessert man die Nahtqualität lasergeschweißter Textilien?

20.02.2018 | Materialwissenschaften

Der Bluthochdruckschalter in der Nebenniere

20.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics