Исследователи из Мичиганского университета показали, что недавно обнаруженный вариант силикона является полупроводником. Ранее считалось, что этот материал обладает только изолирующими свойствами.
Физики создали силикон, который нарушает традиционные представления об этом материале. Вместо привычных изоляционных свойств новый сополимер проявляет полупроводниковые характеристики и способен светиться всеми цветами радуги. Открытие может привести к созданию гибких дисплеев, умной одежды и носимой электроники нового поколения.
Традиционно силиконы считались исключительно изоляционными материалами, препятствующими распространению электричества или тепла. Их водостойкие свойства делают их незаменимыми в биомедицинских устройствах, герметиках и электронных покрытиях. Однако открытие полностью меняет понимание возможностей этого класса материалов.
Секрет проводимости кроется в молекулярной структуре нового силиконового сополимера. На атомном уровне силиконы состоят из чередующихся атомов кремния и кислорода, связанных под определенными углами. В обычных силиконах угол связи Si—O—Si составляет 110°. В новом сополимере эти связи начинаются при 140° и растягиваются до 150° в возбужденном состоянии, создавая путь для прохождения заряда.
«Это допускает неожиданное взаимодействие между электронами через множественные связи, включая связи Si—O—Si в этих сополимерах», — поясняет Ричард Лейн, профессор Мичиганского университета и соавтор исследования. Чем длиннее полимерная цепь, тем легче электронам преодолевать большие расстояния, что снижает энергию, необходимую для поглощения и испускания света.
Способность материала светиться разными цветами связана с длиной полимерных цепей. Более длинные цепи требуют меньших энергетических скачков электронов, что приводит к испусканию низкоэнергетических фотонов красного цвета. Короткие цепи, наоборот, требуют больших энергетических прыжков, излучая высокоэнергетический свет синего спектра.
Для демонстрации эффекта исследователи разделили сополимеры по длине цепей и поместили их в пробирки от самых длинных к самым коротким. При освещении ультрафиолетовым светом получилась радуга, что впечатляет, учитывая, что традиционные силиконы известны только как прозрачные или белые материалы.
В отличие от жестких традиционных полупроводников, силиконовые сополимеры остаются гибкими, что открывает возможности для создания складных дисплеев, умной одежды с меняющимися узорами, гибких солнечных панелей и носимых сенсоров, интегрированных в ткань.
