ИСТИНА

Проект нацелен на выявление механизмов транспорта зарядов в органических полупроводниковых кристаллах (ОПК), показывающих рекордно высокие подвижности электронов. В 2015 году появились экспериментальные данные об электронной подвижности в органических полупроводниковых монокристаллах FnTCNQ (n=0, 2, 4), при этом подвижность зарядов отличалась на порядки величины при изменении n [1]. Эти данные дают уникальную возможность установить факторы, определяющие эффективный транспорт электронов в ОПК, образованных из структурно-близких молекул, и выработать критерии поиска новых ОПК с эффективным транспортом зарядов, что планируется выполнить в настоящем проекте путем оригинальной комбинации экспериментальных и теоретических подходов.

The project addresses the charge transport mechanisms in high-mobility organic semiconductors (OSCs). In 2015, record-high electron mobility in single crystals of F2-TCNQ was reported, while structurally close compounds have shown two orders of magnitude lower mobility value. These data provide a unique opportunity to investigate the factors governing efficient charge transport in OSCs, and formulate criteria for the search of new high-mobility OSCs. These issues will be addressed in the current project using an original combination of experimental and theoretical approaches.

1. Рассчитана электронная структура, колебательный спектр и константы электрон-фононного взаимодействия кристаллов FnTCNQ при различной температуре, впервые исследовано изменение констант электрон-фононного взаимодействия с температурой в исследуемых монокристаллах. 2. На основании теории Бейдера количественно выявлен вклад пи-пи стекинга в межмолекулярные взаимодействия в монокристаллах TCNQ, F2-TCNQ и F4-TCNQ. Теоретические расчеты сопоставлены с данными прецизионного РСА о распределении электронной плотности, проведена оценка корректности ее расчета. 3. На основе теории Бейдера установлены корреляции между энергией различных межмолекулярных взаимодействий и подвижностью зарядов в монокристаллах Fn-TCNQ. 4. Проведено сопоставление прыжковой и зонной моделей подвижности зарядов для описания транспорта зарядов в монокристаллах FnTCNQ. С учетом данных РСА рассчитаны зависимости ширины зоны проводимости и электронной подвижности от температуры, оценено влияние на подвижность зарядов изменения параметров решетки с температурой в рамках этих моделей. 5. Проведен расчет подвижности зарядов в исследуемых ОПК при различной температуре в рамках поляронной модели, в котором впервые непосредственно учтено изменение параметров кристаллической решетки, колебательного спектра и констант электрон-фононного взаимодействия с температурой. Для кристалла F2TCNQ предложено объяснение экспериментальной температурной зависимости подвижности с максимумом при 150К, проведено сопоставление с температурной зависимостью подвижности, наблюдаемой в других типах ОПК с высокой подвижностью (рубрен, нафталин и др.). 6. Исследовано изменение спектров КР монокристаллов FnTCNQ, в первую очередь низкочастотной области, при изменении температуры. На основании этих данных установлено, как изменяется характер колебаний в исследуемых веществах с температурой. В рамках поляронной модели транспорта зарядов установлено, какие моды межмолекулярных колебаний способствуют транспорту заряда, а какие препятствуют ему в кристаллах FnTCNQ. Проведено сравнение данных для кристаллов различного типа: кристаллов с высокой подвижностью F2TCNQ с одной стороны, и кристаллов TCNQ и F4TCNQ с другой стороны. 7. Разработан новый подход для систематического поиска органических полупроводниковых кристаллических структур с максимальными подвижностями зарядов.