Princetonin yliopiston, Georgia Institute of Technologyn ja Berliinissä sijaitsevan Humboldt-yliopiston tutkijoiden tiimi on tutkinut orgaanisen elektroniikan seostusaineita. He ovat kehittäneet "hyper-reducing -lisäaineeksi" kutsumansa seosyhdisteen. Kyseessä on epätavallinen yhdistelmä elektronien luovutuksen tehokkuutta, vakautta ilmanalassa ja kykyä toimia sellaisten orgaanisen puolijohdeluokan aineiden kanssa, jotka ovat aiemmin olleet hyvin vaikeita seostaa.
Uusi ruteniumia sisältävä yhdiste on pelkistävä aine eli se lisää elektroneja orgaaniseen puolijohteeseen osana seostusprosessia. Yhdiste kuuluu äskettäin esiteltyyn dimeeristen organometallisten lisäaineiden luokkaan.
Ruteniumyhdiste on dimeeri, joten se koostuu kahdesta identtisestä molekyylistä tai monomeereistä. Yhdiste on myös suhteellisen stabiili ja puolijohteisiin lisättäessä se ei reagoi. Jotta orgaanisen puolijohteen johtavuus lisääntyisi, ruteniumdimeerin täytyisi jakautua.
Tutkijat miettivät tapaa purkaa ruteniumdimeeri ja aktivoida seostus. He saivat idean fotosynteesistä ja säteilyttivät yhdistettään ultraviolettivalolla, joka viritti puolijohteen molekyylejä ja käynnisti reaktion. Valolle altistuessa dimeerit kykenivät seostamaan puolijohdetta. Menettely johti johtavuuden kasvuun noin 100 000 -kertaisesti.
Yllättäen valon sammutus ei kuitenkaan palauttanut tilannetta ennalleen ja aiheuttanut johtavuuden katoamista. Havaittiin, että rutenium monomeerit pysyivät eristettyinä puolijohteessa, vaikka termodynamiikan tulisi palauttaa molekyylit alkuperäiseen muotoonsa dimeereinä.
Tutkijoiden hypoteesi on, että monomeerit ovat hajallaan puolijohteessa siten, että niiden on hyvin vaikea palata alkuperäiseen muotoonsa ja muodostaa uudelleen ruteniumdimeeri. Ne ovat siis kineettisesti loukussa.
Tutkijat tarkkailivat seostettua puolijohdetta yli vuoden ajan ja havaitsivat hyvin vähän sähkönjohtokyvyn heikkenemistä. Tarkkailemalla myös siitä valmistettua lediä, tutkijat havaitsivat, että seostus aktivoitui jatkuvasti uudelleen valolla, jota ledi tuotti.
Valo aktivoi järjestelmää entistä enemmän, mikä lisää valontuotantoa ja lisää aktivointia, kunnes järjestelmä on täysin aktivoitu. Tutkijoiden mukaan tämäkin oli uusi ja yllättävä havainto.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 29.11.2017
