Органическая и наногибридная электроника
Органическая и наногибридная электроника - перспективная и быстро развивающаяся область, требующая как фундаментальных, так и прикладных исследований. Необходимо исследование фундаментальных физических процессов (прыжковый перенос и рекомбинация носителей заряда, синглетных и триплетных экситонов, распространение света) в органических полупроводниках и диэлектриках; развитие и оптимизация характеристик электронных приборов на их основе (светодиодов, фотовольтаических элементов, полевых транзисторов и др.).
В настоящее время на кафедре выполняются научно- исследовательские проекты по аналитическому и численному моделированию органических светодиодов, а также синтезу и исследованию новых светоизлучающих органических и наногибридных материалов, в сотрудничестве с Центром фотохимии ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН, Институтом физической химии и электрохимии РАН, МИЭМ НИУ Высшая Школа Экономики (Москва, Россия), а также (до недавнего времени) с Университетом Южной Калифорнии (США), Университетом г. Байройт (Германия). Студенты и аспиранты кафедры ведут научную работу по квантово-химическому моделированию структуры органических материалов в Центре фотохимии ФНИЦ «»Кристаллография и фотоника» РАН.
В 2016 году в САЕ ИНТЭЛ образована Международная лаборатория «Органическая Электроника» (научный руководитель – проф. Никитенко В.Р., каф. 67)
Цель деятельности лаборатории - развитие научно-методической базы и внедрение в практику технологий по формированию новых тонкоплёночных образцов и многослойных органических и гибридных гетероструктур для использования в качестве базовых элементов органической электроники
Приоритетным научно-техническим направлением деятельности лаборатории является:
- Фундаментальные и прикладные исследования электрофизических и оптических свойств органических полупроводников, наногибридных материалов и гетероструктур на их основе.
Основными задачами деятельности лаборатории являются:
- фундаментальные научные исследования органических полупроводников, наногибридных материалов и гетероструктур на их основе;
- прикладные исследования базовых элементов органической электроники, обеспечение формирования комплексной системы поддержки научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ;
- обеспечение представительства университета во внешних организациях и на международных мероприятиях по органической электронике за пределами Российской Федерации;
- организация семинаров по обмену опытом среди специалистов по тематике деятельности лаборатории на базе университета.
Ключевые сотрудники:
● Никитенко В.Р. – д.ф.-м.н., проф. НИЯУ МИФИ
● Багатурьянц А.А. - д.х.н., ,г.н.с. ЦФ РАН ФНИЦ «»Кристаллография и фотоника» РАН, проф. НИЯУ МИФИ
● Саунина А.Ю., к.ф.-м.н., ассистент НИЯУ МИФИ
● Фрейдзон А.Я. – к.ф.-м.н., н. с. ЦФ РАН, ассистент НИЯУ МИФИ
● Аспиранты и студенты каф. 67 НИЯУ МИФИ
Текущие научные проекты:
1. Самосогласованное теоретическое исследование транспорта и фотогенерации носителей заряда в неупорядоченных органических и наногибридных материалах, применяемых в фотовольтаике, поддержан РНФ, 2022-2023.
2. Высокоэффективные гибридные светоизлучающие диоды на основе квантовых точек и проводящих органических полимеров (QD-LED), 2021-2022, поддержан РНФ (совместно с лабораторией нано- и биоинженерии НИЯУ МИФИ).
Недавние научные проекты:
1. Теоретическое исследование неравновесного транспорта носителей заряда в неупорядоченных органических полупроводниках с учётом энергетического и пространственного беспорядка для различных моделей темпов прыжковых переходов и при различных экспериментальных условиях, поддержан РФФИ, 2020-2021.
2. Понимание зависимости транспорта зарядов от морфологии в органических полупроводниковых плёнках, поддержан Фольксваген-фондом (совместно с Университетом Байройта, Германия), 2017-2020
3. «Гибридные структуры на основе полимеров и нанокристаллов для создания тонкопленочных, малогабаритных и альтернативных источников питания», поддержан РФФИ (совместно с каф. 81), 2016-2019.
Основные научные результаты (с 2017 года):
1. Разработана аналитическая модель стимулированной полем диффузии в органических материалах с учётом как энергетического, так и недиагонального беспорядка
2. Получены тонкие пленки квантовых точек PbS c неорганическим лигандом – йодид тетрабутиламмония. На основе пленок разработаны фотовольтаические преобразователи, выяснено влияние данного лиганда на рост квантовой эффективности устройства. Построена аналитическая модель для оценки эффективности с зависимости от параметров устройства.
3. Развиты аналитические модели полевой и температурной зависимости подвижности в органических полупроводниках как с некоррелированным, так и с коррелированным беспорядком.
4. Разработана аналитическая модель для описания прыжкового транспорта поляронов в неупорядоченных органических материалах на основе модели многократного захвата.
5. Предложена модель многократного захвата как адекватный формализм для теоретического описания переноса носителей заряда в конденсатах полупроводниковых квантовых точек
Основные публикации последних лет:
- R. Ikhsanov, A. Tyutnev, V. Nikitenko, and V. Saenko, Numerical analysis of the radiation-induced conductivity in polymers in a large-signal regime. J. Appl. Phys. 2022 v. 131, 115501
- M.D. Khan, V.R. Nikitenko, and O. V. Prezhdo, Analytic Model of Nonequilibrium Charge Transport in Disordered Organic Semiconductors with Combined Energy and Off-Diagonal Disorder. J. Phys. Chem C 2021 v. 125 (37) pp. 20230-20240
- A.Ya. Freidzon, A.A. Bagaturyants, Ya.V. Burdakov, V.R. Nikitenko, V.A. Postnikov, Anisotropic Hole Transport in a p-Quaterphenyl Molecular Crystal: Theory and Simulation. J. Phys. Chem C 2021, v. 125, 13002-13013
- R. Saxena, V. R. Nikitenko, I. I. Fishchuk, Ya. V. Burdakov, Yu. V. Metel, J. Genoe, H. Bassler, A. Köhler, and A. Kadashchuk, Role of the reorganization energy for charge transport in disordered organic semiconductors. Phys. Rev.B v. 103, 165202 (2021)
- A.Yu. Saunina, M.A. Zvaigzne, A.E. Aleksandrov, A.A. Chistyakov, V.R. Nikitenko, A.R. Tameev, and I.L. Martynov, PbS Quantum Dots with Inorganic Ligands: Physical Modeling of the Charge and Excitation Transport in Photovoltaic Cells J. Phys. Chem C v. 125(11) 2021 6020-6025
- M.D. Khan, V.R. Nikitenko, A.P. Tyutnev, and R.Sh. Ikhsanov, Joint Application of Transport Level and Effective Temperature Concepts for an Analytic Description of the Quasi- and Nonequilibrium Charge Transport in Disordered Organics, J. Phys. Chem. C 2019, v. 123, 1653−1659
- V. R. Nikitenko, A. Yu. Saunina, A. P. Tyutnev, and O. V. Prezhdo. Analytic Modeling of Field Dependence of Charge Mobility and Applicability of the Concept of the Effective Transport Level to an Organic Dipole Glass. J. of Physical Chemistry C, 2017, V. 121, pp. 7776−7781.
- E. Heifets, E. Kotomin, A.A. Bagaturyants, et al., Thermodynamic stability of stoichiometric LaFeO3 and BiFeO3: a hybrid DFT study, Physical Chemistry Chemical Physicas 2017 v. 19 pp. 3738-3755.
- A.A. Chistyakov, M.A. Zvaigzne, V.R. Nikitenko, A.R. Tameev, I.L. Martynov, and O.V. Prezhdo, Optoelectronic Properties of Semiconductor Quantum Dot Solids for Photovoltaic Applications J. of Physical Chemistry Letters 2017 V.8 pp. 4129-4139
Перспективные темы исследований:
1. Теоретическое исследование транспорта и фотогенерации носителей заряда в неупорядоченных органческих и наногибридных материалах, применяемых в фотовольтаике
- Исследование дрейфа и диффузии носителей заряда в неупорядоченных органических материалах с дальнодействующими энергетическими корреляциями для широкого диапазона температур, напряжённости поля и концентрации
- Исследование кинетики и эффективности фотогенерации в неупорядоченных органических и наногибридных материалах
2. Фундаментальные и прикладные исследования нового типа конденсированных сред: конденсатов квантовых точек (QD-solids).
- Синтез, экспериментальные и теоретические исследования электронных и оптических свойств КТ-конденсатов для применений в электронике, в первую очередь в фотовольтаике и светодиодах.
- Создание новых гибридных (КТ-конденсаты) материалов и экспериментальных образцов фотовольтаических устройств (солнечных батарей, ИК-сенсоров) и светодиодов с выдающимися характеристиками на их основе.
3. Многомасштабное моделирование процессов переноса заряда в органических гетероструктурах
- Развитие методов моделирования переноса носителей заряда в органических гетероструктурах на различных масштабах методами квантовой химии, молекулярной динамики, Монте-Карло, аналитическими методами
- Разработка и совершенствование методов первопринципного предсказательного моделирования устройств органической электроники (светодиоды, солнечные батареи)