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 Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen
19.06.2018 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Ein neues Experiment zum Verständnis der Dunklen Materie
14.06.2018 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

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: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Event News

Munich conference on asteroid detection, tracking and defense

13.06.2018 | Event News

2nd International Baltic Earth Conference in Denmark: “The Baltic Sea region in Transition”

08.06.2018 | Event News

ISEKI_Food 2018: Conference with Holistic View of Food Production

05.06.2018 | Event News

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

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

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