В последние десятилетия бурно развивается новая мультидисциплинарная область — органическая электроника, что уже привело к массовому производству экранов смартфонов, планшетов и телевизоров, выполненные на органических светодиодах. Полагают, что это только первый шаг развития органической электроники, поскольку она обещает качественно новые оптоэлектронные и электронные устройства — гибкие, легкие, полупрозрачные и дешевые экраны, солнечные батареи, сенсоры, датчики и т.д., которые можно производить по зеленым технологиям. Такие устройства широко востребованы в цифровой экономике, медицине и для решения оборонных задач. «Сердцем» таких устройств выступают органические полупроводники, свойства которых можно менять в очень широких пределах с помощью методов органического синтеза, например, весьма легко менять ширину их запрещенной зоны в сравнении с неорганическими полупроводниками. При этом для развития области органической электроники необходимо глубокое понимание физики органических полупроводников, которая отчасти похожа на физику неорганических полупроводников, но имеет существенные отличия. Например, энергия связи экситонов в органических полупроводниках как правило сильно (на порядок величины и более) превосходит таковую в неорганических полупроводниках и обычно намного выше характерной тепловой энергии. Это приводит к тому, что транспорт экситонов (энергии возбуждения) в органических полупроводниках играет заметно более высокую роль в сравнении с неорганическими.

В курсе представлены основные структурные, электронные и оптические свойства органических полупроводниковых материалов, состоящих как из полимеров, так и небольших молекул. После рассмотрения фундаментальных вопросов физики химической связи излагается химическая структура основных органических молекул с сопряженными связями. Затем представлены свойства электронных возбужденных состояний в рамках одно- и многоэлектронных моделей. Рассмотрены модели экситонов Френкеля и Ванье-Мотта, обсуждается роль внутри- и межмолекулярных движений на полупроводниковые свойства органических материалов. Представлены современные модели транспорта зарядов в органических полупроводниках.

Список всех тем лекций

Лекция 1. Введение.
Введение Типы новых электроник и свойства материалов для электроники История органических материалов с полупроводниковыми свойствами Органические кристаллы и π-сопряженные полимеры Перспективы применения органических полупроводников: органическая электроника Программа курса Метод молекулярных орбиталей Метод валентных связей

Лекция 2. Химическая структура π-сопряженных материалов. Часть 1.
Молекулы O2, N2, F2 Понятие о методах квантовой химии: метод Хартри-Фока Простейшие сопряженные молекулы

Лекция 3. Химическая структура π-сопряженных материалов. Часть 2.
Полиены Полиацетилены и полидиацетилены Бензол, ароматические полупроводниковые полимеры

Лекция 4. Химическая структура π-сопряженных материалов. Часть 3.
Бензол, ароматические полупроводниковые полимеры Тиофен Графен, фуллерены, нанотрубки

Лекция 5. Межмолекулярные связи. Одноэлектронная модель электронных состояний π - сопряженных цепей (модель Хюккеля). Часть 1.
Межмолекулярные силы Одноэлектронная модель электронных состояний π - сопряженных цепей (модель Хюккеля) Одноэлектронная модель бесконечной цепи

Лекция 6. Межмолекулярные связи. Одноэлектронная модель электронных состояний π - сопряженных цепей (модель Хюккеля). Часть 2.
Метод Хюккеля Заряды, спины, порядки связи 1D бесконечная альтернированная цепь (полупроводник) Ширина зон и эффективные массы

Лекция 7. Межэлектронное взаимодействие. Экситоны. Часть 1.
Отталкивание электронов Правило Хунда Экситоны Ванье-Мотта

Лекция 8. Межэлектронное взаимодействие. Экситоны. Часть 2.
Экситоны Ванье-Мотта Возбуждения в агрегатах Экситоны Френкеля

Лекция 9. Межэлектронное взаимодействие. Экситоны. Часть 3.
Межмолекулярные кристаллы Характеристики экситонов Свойства экситонов: спиновое состояние

Лекция 10. Свойства экситонов. Симметрия состояний.
Спиновое состояние: синглетные, триплетные Симметрия состояний (Ag, Bu)

Лекция 11. Движение атомных остовов. Часть 1.
Адиабатическое приближение (Борна-Оппенгеймера) Неадиабатические члены Дипольный момент перехода Принцип Франка-Кондона Параметр Хуанга-Риса Стоксов сдвиг

Лекция 12. Движение атомных остовов. Часть 2.
Спектры поглощения и ФЛ молекул Примеры спектров ФЛ и поглощения Батохромный сдвиг Силы осциллятора

Лекция 13. Движение атомных остовов. Часть 3.
1D экситоны Ванье-Мотта в цепях ПДА Макрокогерентность экситона в цепи ПДА Механизм Фёрстера

Лекция 14. Перенос (транспорт) энергии. Транспорт зарядов.
Декстеровский механизм Диффузия экситонов Транспорт зарядов

Лекция 15. Транспорт зарядов в органических полупроводниках. Поляроны.
Транспорт зарядов: прыжковая и зонная модели Поляроны Эффект Холла