تمكّن فريق من الباحثين من جامعة خليفة، بالتعاون مع آخرين من جامعة نيويورك أبوظبي وجامعة نوفا جوريكا وجامعة ماريبور والجامعة الأمريكية في بيروت ومعهد العلوم بمدريد من تطوير نوع جديد من أشباه الموصلات للاستخدام في الأجهزة الإلكترونية الضوئية العضوية وتعتبر النتائج التي حصلوا عليها تقدمًا كبيرًا في علوم المواد، حيث نُشرت تلك النتائج في مجلة "أدفانسد ساينس"، التي تُعتبر واحدة من أفضل المجلات الأكاديمية في علوم المواد وتطبيقاتها.
ضم فريق جامعة خليفة الدكتور كايرامكوداث شاندران رانجيش وصفاء جابر والدكتورة جيشا إليزابيث لوكاشان والدكتور دينيش شيتي من قسم الكيمياء وأيمن رزق والدكتور عمار نايفة، من قسم الهندسة الكهربائية وعلوم الكمبيوتر.
يُعد نقل الإلكترون الركيزة الأساسية لعالم أشباه الموصلات المعقد، حيث تلعب أشباه الموصلات دورًا محوريًا في الإلكترونيات المعاصرة، فهي تعمل كمكونات رئيسة في الخلايا الشمسية والمولدات الكهربائية الحرارية، وعلى الرغم من هيمنة الإلكترونيات التقليدية المعتمدة على السيليكون على القطاع، إلّا أن أشباه الموصلات العضوية أحدثت ضجة، فهي تتميز بسمات فريدة كقابليتها للتصنيع في درجات الحرارة المنخفضة بالإضافة إلى المزايا المتعلقة بالوزن وانخفاض التكلفة والمرونة العالية وقابلية الضبط الهيكلي وتنوع تطبيقاتها المحتملة. وفي هذا المشروع البحثي، طور الفريق بوليمر مقترن صغير المسام شبه موصل من النوع "إن" يشتمل على وحدة مستقبل نهائي (أيسوينديغو 2)، وهو جزيء معروف يستخدم في الخلايا الكهروضوئية العضوية. وقد نجح الفريق في تحقيق التركيبة المطلوبة للمانح والمستقبِل عن طريق تغيير الوحدات المانحة ومجموعاتها اللاحقة.
يُعد استخدام الإلكترون المانح الغني بالإلكترونات، والمرتبط بوحدة المستقبل النهائي التي تعاني من نقص الإلكترون، طريقة رئيسة للتصميم في تطوير هذه المواد العضوية شبه الموصلة. وعلى الرغم من ذلك، فإن معظم أشباه الموصلات العضوية الحالية هي من النوع "بي".
وقال الدكتور شيتي: " هناك حاجة إلى أشباه الموصلات العضوية من النوع "إن" من أجل تحقيق تقدم شامل في هذا المجال، ونظرًا لأن تطويرها يمثل تحديًا، يمكننا القول بأن هذا المجال البحثي لم يُكتَشف بعد نسبيًا".
مع ظهور الإلكترونيات العضوية، أصبح من الضروري تعزيز أشباه الموصلات العضوية من النوع "بي" والنوع "إن"، حيث تُظهر البوليمرات المقترنة، قوة اقتران متغيرة وهياكل مسامية دقيقة. وقد حظيت باهتمام نظراً لخصائصها الواعدة، مما يشير إلى إمكانيات واعدة لتطبيقاتها المستقبلية.
يكمن أحد التحديات الرئيسة فيما يتعلق بتطبيق البوليمرات العضوية، في تحسين تقنيات التصنيع. ولذلك، طور الفريق تقنية بمساعدة البلازما تتجاوز القيود التي تواجه تصنيع المواد العضوية.
قال الدكتور شيتي: "يساعد إدخال طريقة التصنيع بمساعدة البلازما في إنتاج أغشية بوليمر عضوية رقيقة ومتسقة ضرورية للقياسات المتنقلة، فقد أظهر المزيج المحسن بين وحدات 2 والبيرين موصلية ممتازة وحركة عالية للإلكترون مقارنة بالمجموعات الأخرى التي اختُبرت في الظروف المحيطة، فتجاوزت نتيجة لذلك البوليمرات المقترنة صغيرة المسام المعروفة سابقًا، كما اختيرت الوحدة 2خصيصًا لخصائصها الشهيرة، والتي تشمل مستويات الطاقة الجزيئية منخفضة السطح وقابلية الذوبان خلال دمج "إن في عملية الألكلة، والذي يُعد أمرًا ضروريًا لكل من تركيب المواد وتصنيعها".
يذكر أنه يمكن للبحوث، من خلال فهم التفاعلات الداخلية بين المانحين والمستقبلين ودمجها مع النماذج المحسوبة وخصائص النقل التي لوحظت، أن تقدم فرصًا جديدة لتوسيع نطاق تطبيقات المواد العضوية شبه الموصلة. ويُمكن لتصميم البوليمرات صغيرة المسامات، المقترنة مع أزواج مناسبة من المانحين والمستقبلين، أن يعزز بشكل كبير حركة الشحن والتوصيل في أشباه الموصلات العضوية من النوع "إن". هذا البحث يفتح الأبواب أمام تطوير أشباه الموصلات العضوية المتقدمة من النوع "إن"، مما يمهد الطريق لأجيال جديدة من الأجهزة الإلكترونية المبتكرة.