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.
Читать далее:
Почему постройки Древнего Рима стоят уже 2000 лет, а современные здания трескаются через 100
Свет не то, чем его считали: открытие этой частицы может изменить физику
Вселенная внутри черной дыры: наблюдения «Уэбба» подтверждают странную гипотезу
Иллюстрация на обложке: Zijing (Jackie) Zhang