Våra smartphones, tabletter, datorer och biosensorer har alla förbättrats på grund av den snabbt ökande effektiviteten hos halvledare.

Sedan 2000 -talets början organisk, eller kolbaserad, halvledare har framstått som ett stort intresseområde för forskare eftersom de är billiga, rikligt och lätt, och de kan leda ström på sätt som är jämförbara med oorganiska halvledare, som är tillverkade av metalloxider eller kisel.

Nu, materialforskare från California NanoSystems Institute vid UCLA har upptäckt ett sätt att göra organiska halvledare mer kraftfulla och effektivare.

Deras genombrott var att skapa en förbättrad struktur för en typ av organisk halvledare, en byggsten av en ledande polymer som kallas tetraanilin. Forskarna visade för första gången att tetraanilinkristaller kunde odlas vertikalt.

Framsteget kan så småningom leda till kraftigt förbättrad teknik för att fånga solenergi. Faktiskt, det kan bokstavligen omforma solceller. Forskare kan eventuellt skapa "lätta antenner" - tunn, stolpliknande enheter som kan absorbera ljus från alla håll, vilket skulle vara en förbättring jämfört med dagens breda, platta paneler som bara kan absorbera ljus från en yta.

Studien, ledd av Richard Kaner, framstående professor i kemi och biokemi och materialvetenskap och teknik, publicerades nyligen online av tidningen ACS Nano .

UCLA -teamet odlade tetraanilinkristallerna vertikalt från ett substrat, så kristallerna stod upp som spikar istället för att ligga platta som de gör när de produceras med hjälp av nuvarande tekniker. De producerade kristallerna i en lösning med hjälp av ett substrat av grafen, ett nanomaterial bestående av extremt tunn grafit - som mäter tjockleken på en enda atom. Forskare hade tidigare odlat kristaller vertikalt i oorganiska halvledande material, inklusive kisel, men att göra det i organiska material har varit svårare.

Tetraanilin är ett önskvärt material för halvledare på grund av dess särskilda elektriska och kemiska egenskaper, som bestäms av orienteringen av mycket små kristaller som den innehåller. Enheter som solceller och fotosensorer fungerar bättre om kristallerna växer vertikalt eftersom vertikala kristaller kan packas tätare i halvledaren, vilket gör den mer kraftfull och effektivare vid kontroll av elektrisk ström.

"Dessa kristaller är analoga med att organisera ett bord täckt med spridda pennor i en blyertskopp, "sa Yue" Jessica "Wang, en tidigare UCLA -doktorand som nu är postdoktor vid Stanford University och var studiens första författare. "Den vertikala orienteringen kan spara mycket utrymme, och det kan betyda mindre, mer effektiv personlig elektronik inom en snar framtid. "

När Kaner och hans kollegor funnit att de kunde vägleda tetraanilinlösningen för att odla vertikala kristaller, de utvecklade en ett-stegs metod för att växa högordnat, vertikalt inriktade kristaller för en mängd olika organiska halvledare som använder samma grafensubstrat.

"Nyckeln var att dechiffrera interaktionerna mellan organiska halvledare och grafen i olika lösningsmedelsmiljöer, "Sa Wang." När vi väl förstod denna komplexa mekanism, växande vertikala organiska kristaller blev enkelt. "

Kaner sa att forskarna också upptäckte en annan fördel med grafensubstratet.

"Denna teknik gör att vi kan mönstra kristaller var vi än vill, "sa han." Du kan göra elektroniska enheter från dessa halvledarkristaller och odla dem exakt i invecklade mönster som krävs för den enhet du vill ha, såsom tunnfilmstransistorer eller ljusemitterande dioder. "