Εξαιρετικό επίτευγμα θεωρήθηκε η δημιουργια μιας νέας γενιάς υλικών τα οποία υπόσχονται, μεταξύ άλλων, καλύτερες οθόνες για τηλεοράσεις και κινητά τηλέφωνα. Τα νέα υλικά αναπτύχθηκαν από επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ και του Πολυτεχνείου του Αϊντχόφεν και αποτελούν βασικά δομικά στοιχεία των οργανικών φωτοδιόδων (organic light-emitting diodes, OLED).  Οι OLED, οι οποίες έχουν συνδεθεί εμπορικά με οθόνες υψηλής ευκρίνειας και με προηγμένα ηλεκτρονικά, βασίζουν τη λειτουργία τους σε οργανικά μόρια, ικανά να εκπέμπουν φως. Οπως προκύπτει από το σχετικό άρθρο των βρετανών ερευνητών στην επιστημονική επιθεώρηση Science, κομβικό πλεονέκτημα της νέας τεχνολογίας αποτελεί η δυνατότητα χειρισμού της κατεύθυνσης πόλωσης του εκπεμπόμενου φωτός.

Ημιαγωγοί νέας γενιάς

Ο χαρακτηρισμός ενός υλικού ως αγώγιμου ή μη είναι άμεσα συνδεδεμένος με τη δυνατότητα του ρεύματος (δηλαδή των ηλεκτρονίων) να κινείται ελεύθερα ή όχι μέσα σε αυτό. Σε αγώγιμα υλικά, τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν αβίαστα χωρίς να περιορίζονται από ενεργειακά «εμπόδια». Χαρακτηριστικό παράδειγμα αποτελεί το γραφένιο, η δισδιάστατη δομή του οποίου έφερε επανάσταση και εισήγαγε εκ νέου τα υλικά του άνθρακα στο πεδίο των ηλεκτρονικών.

Ωστόσο, η ανεξέλεγκτη κίνηση του ρεύματος δεν αποτελεί πάντα πλεονέκτημα. Καθόλου τυχαίο το γεγονός ότι τα εμπορικά διαθέσιμα ηλεκτρονικά βασίζονται κυρίως σε ημιαγωγούς, με τα οξείδια των μετάλλων να κατέχουν περίοπτη θέση μεταξύ των ημιαγωγών. Αυτό συμβαίνει, επειδή, αντίθετα με τους αγωγούς, οι ημιαγωγοί αυτού του τύπου περιέχουν ενεργειακά φράγματα, τα οποία περιορίζουν τον βαθμό της κίνησης των ηλεκτρονίων στο πλέγμα του υλικού.

Οι ιδιότητες αυτών των δομικών «κενών», τα οποία διαταράσσουν τη συνέχεια του ρεύματος, βελτιστοποιούνται με «χειρουργικούς» χειρισμούς των επιστημόνων των υλικών, με τελικό σκοπό την κατασκευή αποδοτικότερων ηλεκτρονικών συστημάτων.

Ωστόσο, οι σύγχρονες τεχνολογικές ανάγκες απαιτούν συνεχώς πολύ περισότερα από τα ηλεκτρονικά νέας γενιάς. Εως τώρα, σε έναν συμβατικό, συμμετρικά δομημένο ημιαγωγό – όπως είναι το οξείδιο του πυριτίου – τα ηλεκτρόνια κινούνται ελεύθερα προς όλες τις κατευθύνσεις. Ιδανικά, θα θέλαμε νέα υλικά τα οποία θα επιτρέπουν να καθορίσουμε τόσο την ποσότητα του διερχόμενου ρεύματος, όσο και την κατεύθυνσή του. Αυτή την ανάγκη έρχονται να εκπληρώσουν οι οργανικοί ημιαγωγοί, οι οποίοι, χάρη στο επίτευγμα των επιστημόνων έγιναν ακόμη καλύτεροι.

«Φωτεινά» μόρια

Οι οργανικοί ημιαγωγοί είναι γνωστοί κυρίως για τις οπτικές ιδιότητές τους, στις οποίες οφείλεται η υψηλή ευκρίνεια ή η χρωματική ακρίβεια των οθονών. Μεταξύ άλλων, συναντώνται στις προαναφερθείσες ΟLED. Οταν περνά ρεύμα μέσω ενός οργανικού ημιαγωγού, αυτός αποκρίνεται παράγοντας φως. Ανάλογα με το επιθυμητό χρώμα του παραγόμενου φωτός, το ρεύμα «επιλέγει» να περάσει από τα κατάλληλα οργανικά μόρια του ημιαγωγού. Σε αντίθεση με ό,τι ισχύει στα κοινά υλικά, λόγω της εγγενούς ιδιότητας των οργανικών μορίων να διαμορφώνονται τρισδιάστατα στον χώρο, η κίνηση των ηλεκτρονίων μπορεί να καθοριστεί επακριβώς, ακολουθώντας τις, ειδικές κατά περίπτωση, γεωμετρίες των μορίων.

Ο νέος οργανικός ημιαγωγός, περιέχει την ένωση τριαζοτρουξένιο (ΤΑΤ) του οποίου η ελικοειδής δομή αναγκάζει τα ηλεκτρόνια να περιστρέφονται ελικοειδώς (ακολουθώντας τη μη συμμετρική γεωμετρία των μορίων ΤΑΤ).

Με τη χρήση των ΤΑΤ, οι επιστήμονες κατάφεραν για πρώτη φορά να αξιοποιήσουν την εγγενή ιδιότητα της ειδικής τρισδιάστατης διαμόρφωσης των οργανικών μορίων για τον έλεγχο της πόλωσης του εκπεμπόμενου φωτός. Η νέα τεχνολογία αναμένεται όχι μόνο να βελτιώσει την απόδοση των οθονών για τηλεοράσεις ή έξυπνα κινητά αλλά και να συμβάλει σε τεχνολογίες σπιντρονικής και κβαντικής υπολογιστικής.