Organische materialen die lading kunnen geleiden, hebben het potentieel om te worden gebruikt in een breed scala aan opwindende toepassingen, inclusief flexibele elektronische apparaten en goedkope zonnecellen. Echter, daten, alleen organische lichtemitterende diodes (OLED's) hebben een commerciële impact gehad vanwege hiaten in het begrip van organische halfgeleiders die beperkte verbeteringen hebben in de mobiliteit van ladingsdragers. Nu heeft een internationaal team met onderzoekers van de Universiteit van Osaka het mechanisme van ladingsmobiliteit in een organisch eenkristal aangetoond. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten .

In een poging om de mobiliteit van ladingsdragers in organische kristallen te verbeteren, er is veel aandacht besteed aan het begrijpen hoe de elektronische structuur van organische eenkristallen de beweging van lading mogelijk maakt. Het analyseren van sterk geordende eenkristallen in plaats van monsters die veel defecten en aandoeningen bevatten, geeft het meest nauwkeurige beeld van hoe de ladingsdragers in het organische materiaal bewegen.

De onderzoekers analyseerden een eenkristal van rubreen, die, vanwege de hoge laadmobiliteit, is een van de meest veelbelovende geleidende organische materialen. Echter, ondanks de populariteit van rubreen, de elektronische structuur is niet goed begrepen. Ze ontdekten dat op theorie gebaseerde conclusies in eerder werk onnauwkeurig waren vanwege moleculaire trillingen bij kamertemperatuur die een gevolg zijn van de flexibiliteit van het materiaal.

"We hebben een nieuw mechanisme aangetoond dat niet wordt waargenomen voor traditionele anorganische halfgeleidermaterialen, " studie corresponderende auteur Kazuyuki Sakamoto legt uit. "Anorganische halfgeleiders zoals silicium, die veel worden gebruikt in de elektronica, zijn over het algemeen moeilijk, inflexibele materialen; daarom, bepaalde aannames die voor deze materialen zijn gemaakt, vertalen zich niet in organische geleidende materialen die flexibeler zijn."

De succesvolle voorbereiding van een ultrahoogwaardig enkel rubreenkristalmonster maakte het mogelijk experimenten uit te voeren die een definitieve vergelijking met eerdere gegevens opleverden. De experimenten brachten de beperkingen van eerdere aannames aan het licht en onthulden de invloed van andere factoren zoals elektronendiffractie en moleculaire trillingen.

"Door het gedrag bij kamertemperatuur van een organisch geleidend materiaal op betrouwbare wijze aan te tonen en het denken achter eerdere conclusies die zijn getrokken te herformuleren, we hebben gezorgd voor een veel duidelijkere basis voor toekomstig onderzoek, " Professor Sakamoto legt uit. "We hopen dat dit inzicht de ontwikkeling van flexibele geleidende apparaten met een breed scala aan opwindende functies zal versnellen."