نموذج حاسوبي جديد من جامعة كاليفورنيا ديفيس ومعهد ماكس بلانك لأبحاث البوليمرات قد يسرّع تصميم أشباه الموصلات العضوية

أخبار ar.wedoany.com، طوّر باحثون في جامعة كاليفورنيا ديفيس (University of California, Davis) بالولايات المتحدة ومعهد ماكس بلانك لأبحاث البوليمرات (Max Planck Institute for Polymer Research) في ألمانيا إطارًا جديدًا للنمذجة الحاسوبية قد يساعد المهندسين الكيميائيين على تحديد وتحسين مواد أشباه الموصلات العضوية المستخدمة في الثنائيات العضوية الباعثة للضوء (OLED) والإلكترونيات المرنة بسرعة وكفاءة.

يتأثر نقل الشحنة في أشباه الموصلات العضوية بالبنية الجزيئية والسلوك الإلكتروني، وعادةً ما تمنح طرق النمذجة التقليدية خصائص إلكترونية موحدة لفئة كاملة من الذرات. أما النموذج المطوَّر حديثًا فيدرس البيئة المحلية المحيطة بكل ذرة على حدة، ويحاكي التغيرات في استقطاب الجزيء عند تفاعل الذرة مع بيئتها المحيطة، وقد أفاد فريق البحث أن دقته تفوق الطرق التقليدية.

كما يمكن للنموذج محاكاة الحالات المحايدة والمشحونة والمثارة للجزيئات، مما يتيح للباحثين دراسة الظروف المرتبطة بتشغيل الأجهزة الإلكترونية. وبالاقتران مع التعلم الآلي، يمكن للإطار التنبؤ بخصائص الجزيئات الجديدة قبل تصنيعها، مما قد يقلل من عدد المواد التي تتطلب إنتاجًا واختبارًا تجريبيًا.

طُوِّر هذا الإطار خلال زيارة بحثية استمرت ستة أشهر أجراها طالب الدكتوراه في الهندسة الكيميائية بجامعة كاليفورنيا ديفيس، توليك مايترا (Toulik Maitra)، إلى معهد ماكس بلانك لأبحاث البوليمرات. ويطبّق حاليًا تقنيات النمذجة ذات الصلة على أبحاث مواد أشباه الموصلات العضوية المستخدمة في الثنائيات العضوية الباعثة للضوء، بما في ذلك الباعثات ذات التألق المتأخر المنشط حراريًا (TADF) والجزيئات عالية الحركة.

قد يساعد هذا العمل الباحثين على استكشاف بدائل عضوية لمواد OLED التي تعتمد على المعادن النادرة مثل الإيريديوم والبلاتين. فمواد TADF قادرة على تحقيق أداء مماثل باستخدام جزيئات عضوية.

نُشرت نسخة مبكرة من الدراسة على منصة arXiv، ويعكف الفريق الدولي حاليًا على إعدادها للمراجعة العلمية من قبل النظراء. وتشمل الخطط القادمة مواصلة تطبيق أساليب النمذجة على أبحاث أشباه الموصلات العضوية، وتوسيع نطاقها ليشمل مجالات تحليل أداء الأجهزة والاهتزازات الجزيئية.