Zachowanie elektronu na powierzchniach przylegania materiału
Urządzenia organiczne, takie jak wyświetlacze emitujące światło, ogniwa słoneczne czy czujniki biologiczne i chemiczne, opierają się na układaniu warstw różnych materiałów. Dlatego też decydujące znaczenie mają powierzchnie przylegania między różnymi metalami, tlenkami i zastosowanymi materiałami izolacyjnymi lub półprzewodzącymi. Choć szeroko zakrojone działania doprowadziły do zgłębienia wiedzy na temat morfologii tego typu materiałów i powierzchni przylegania, dla uzyskania pełni obrazu niezbędna była szczegółowa charakterystyka procesów elektrycznych. W ramach finansowanego przez UE projektu MINOTOR ("Modelling of electronic processes at interfaces in organic-based electronic devices") dokonano znacznych postępów w uzupełnianiu tej luki. Naukowcy skoncentrowali się równocześnie na powierzchniach przylegania metalowo-organicznych (M/O), organiczno-organicznych (O/O) i nieorganiczno-organicznych (I/O). Zespół MINOTOR zastosował podejście dyskretnej transformaty Fouriera (DFT) oparte na funkcjonałach gęstości, które matematycznie opisują gęstość elektronu systemów wieloelektronowych. Naukowcy zastosowali te metody do oceny tak zwanej pracy wyjścia, a także zakotwiczania poziomu Fermiego (FLP), związanego odpowiednio z usuwaniem elektronu z powierzchni i zapobieganiem temu zjawisku. Standardowe podejścia DFT sprawdziły się w opisywaniu powierzchni przylegania M/O, gdzie następuje silne połączenie molekuł z powierzchnią. Naukowcy wykazali, że charakterystyka elektronu powierzchniowego elektrod metalowych może być misternie dopasowana poprzez modyfikację cząsteczek formujących samoorganizującą się monowarstwę (SAM) używaną do ich pokrycia. W przypadku słabego połączenia, jak w przypadku metalu pokrytego cienką warstwą tlenku, DFT niezawodnie reprodukowała efekty FLP. Skorygowane dalekosiężne funkcjonały DFT zostały zalecone do opisu międzypowierzchniowej dystrybucji ładunku w powierzchniach O/O, przy częściowym przeniesieniu ładunku między jednostką dawczą a biorczą. Jednak modele mikroelektrostatyczne (ME) zyskały większe poparcie w stosunku do DFT dla systemów O/O zdominowanych przez efekt polaryzacji. W przypadku powierzchni przylegania I/O, badacze zademonstrowali regulację pracy wyjścia warstw tlenku poprzez zaszczepienie formujących SAM molekuł. Metody ścisłego wiązania DFT są niezbędne do jednoczesnego opisania dystrybucji gęstości elektronowej powierzchni przylegania. Stworzono liczne urządzenia, w tym urządzenia spintroniczne i ogniwa słoneczne, by przetestować teorię na podstawie doświadczenia. Zademonstrowano zdolność SAM do regulacji charakterystyki powierzchni przylegania oraz rolę morfologii tych powierzchni w wydajności urządzenia. Głębsza wiedza na temat procesów elektrycznych zachodzących na wszystkich powierzchniach przylegania udostępniona przez zespół MINOTOR pozwoli przyszłym projektantom na stworzenie wysokowydajnych produktów.
