«Данная статья первая, чтобы продемонстрировать обратное вращение эффект Холла в диапазоне органических полупроводников с беспрецедентной чувствительностью», хотя исследование 2013 года других исследователей продемонстрировало его с меньшей чувствительностью в одном таком материале, говорит Кристоф Беме, ведущий автор исследования, опубликованного 18 апреля в журнале Nature Materials.«Обратное вращение, эффект Холла – замечательное явление, которое превращает так называемый ток вращения в электрический ток.
Эффект столь странный, что никто действительно не знает то, для чего это будет использоваться в конечном счете, но много технического применения мыслимые, включая очень странные новые схемы преобразования электроэнергии», говорит Боехм, преподаватель физики.Его коллега – ведущий автор, отличенный преподаватель З. Вэли Вардени, говорит, что при помощи импульсов микроволновых печей, обратное вращение эффект Холла и органические полупроводники, чтобы преобразовать ток вращения в электричество, эта новая электродвижущая сила производит электрический ток, в некотором роде отличающийся, чем существующие источники.Уголь, газ, гидроэлектрический, ветер и ядерные установки все динамо использования, чтобы преобразовать механическую силу в магнитное поле, изменяются и затем электричество.
Сила химических реакций современные батареи и солнечные батареи преобразовывает свет в электрический ток. Преобразование тока вращения в электрический ток является другим методом.Ученые уже разрабатывают такие устройства, такие как термоэлектрический генератор, используя традиционные неорганические полупроводники. Вардени говорит, что органические полупроводники обещают, потому что они дешевые, легко обработанные и безвредные для окружающей среды.
Он отмечает, что и органические солнечные батареи и органический светодиод (светодиод), телевизионные показы были развиты даже при том, что кремниевые солнечные батареи и неорганические светодиоды широко использовались.Вардени и Боехм подчеркнули, что эффективность, в котором органическом полупроводниковом новообращенном прядут ток к электрическому току, остается неизвестной, таким образом, слишком рано, чтобы предсказать степень, к которой это могло бы однажды привыкнуть для новых методов преобразования электроэнергии в батареях, солнечных батареях, компьютерах, телефонах и другой бытовой электронике.«Я хочу призвать степень осторожности», говорит Боехм. «Это – эффект преобразования электроэнергии, который является новым и главным образом непринужденным».Боехм отмечает, что эксперименты в новом исследовании преобразовали больше тока вращения в электрический ток, чем в исследовании 2013 года, но Вардени предостерег, что эффект все еще «должен будет быть расширен много раз, чтобы произвести напряжения, эквивалентные домашним батареям».
Новое исследование финансировалось Национальным научным фондом и Университетом Науки Исследования Материалов NSF Юты и Техническим Центром. Соавторы исследования с Vardeny и Boehme были ими Университет физиков Юты: преподаватели научного сотрудника Dali Солнце и Ханс Мэлисса, постдокторские исследователи Кипп ван Скутен и Чуан Чжан, и аспиранты Марзих Кэвэнд и Мэтью Гроесбек.От тока вращения до электрического токаТак же, как атомные ядра и электроны, что орбита их несет электрические обвинения, у них также есть другое неотъемлемое свойство: вращение, которое заставляет их вести себя как крошечные стержневые магниты, которые могут указать север или юг.
Электронные устройства хранят и передают информацию, используя поток электричества в форме электронов, которые отрицательно заряжены субатомные частицы. Ноли и компьютерного двоичного кода представлены отсутствием или присутствием электронов в кремнии или других неорганических полупроводниках.
Электроника вращения – spintronics – открывает перспективу для более быстрых, более дешевых компьютеров, лучшей электроники и светодиодов для дисплеев и датчиков меньшего размера, чтобы обнаружить все от радиации до магнитных полей.Обратное вращение эффект Холла сначала был продемонстрирован в металлах в 2008, и затем в неорганических полупроводниках, Вардени, говорит. В 2013 исследователи в другом месте показали, что произошло в органическом полупроводнике под названием PEDOT:PSS, когда это было выставлено непрерывным микроволновым печам, которые были относительно слабы, чтобы не жарить полупроводник.Но Boehme и Vardeny заявляют электрический ток, произведенный в том исследовании обратным вращением, эффект Холла был небольшим – нанонапряжения – и был затенен микроволновым нагреванием образца и другие нежеланные эффекты.
«Мы думали, давайте построим различные устройства, таким образом, эти поддельные эффекты были устранены или очень маленькие по сравнению с эффектом, мы хотели наблюдать», говорит Боехм.В новом исследовании исследователи использовали короткие импульсы более сильных микроволновых печей, чтобы использовать обратное вращение эффект Холла и преобразовать ток вращения в электрический ток в семи органических полупроводниках, главным образом при комнатной температуре.Один органический полупроводник был PEDOT:PSS – тот же самый материал в исследовании 2013 года. Другие были тремя богатыми платиной органическими полимерами, двумя так называемыми спрягаемыми пи полимерами и сферическим углеродом 60 молекул, названных buckminsterfullerene, потому что это похоже на пару геодезических куполов, популяризированных покойным архитектором Бакминстером Фуллером.
Углерод 60, оказалось, удивительно был самым эффективным полупроводником при преобразовании волн вращения в электрический ток, говорит Вардени.Как эксперименты были выполненыФизики Юты делают многократные шаги, чтобы преобразовать ток вращения в электрический ток.
Они начинают с маленького стеклянного понижения, приблизительно 2,1 дюйма длиной и широкий дюйм одной шестой. Два электрических контакта присоединены к одному концу стеклянного понижения. Тонкие, плоские медные провода управляют продолжительностью понижения, соединяя контакты в одном конце с «сэндвичем» в другом конце, который включает стекло в основание, органический полупроводник полимера, проверяемый в середине и ферромагнетике железа никеля на вершине.Это устройство тогда вставлено продольно в металлическую трубу приблизительно 1 дюйм диаметром и 3,5 дюйма длиной.
Непроводящий материал окружает устройство в этой трубе, которая тогда вставлена в магнит размера стола, который производит магнитное поле.«Мы применяем магнитное поле и оставляем его более или менее постоянным», говорит Боехм. «Тогда мы соединяем два контакта к метру напряжения и начинаем измерять напряжение, выходящее из устройства как функция времени».
С просто магнитным полем не был обнаружен никакой электрический ток. Но тогда физики Юты бомбардировали органическое полупроводниковое устройство импульсами микроволновых печей – столь же сильный как те от домашней микроволновой печи, но в импульсах в пределах от только 100 – 5 000 наносекунд (последний, равный одной 200,000-й из секунды).«Внезапно мы видели напряжение во время того пульса», говорит Боехм.Вардени говорит, что микроволновые импульсы производят волны вращения в магните устройства, тогда волны преобразованы в ток вращения в органическом полупроводнике, и затем в электрический ток, обнаруженный как напряжение.
По сравнению с исследованием 2013 года использование микроволновых импульсов в экспериментах Юты означало, что «наша власть намного выше, но нагревание намного меньше и обратное вращение, эффект Холла приблизительно в 100 раз более силен», говорит Боехм.В действительности пульсировавшие микроволновые печи обеспечивают способ увеличить обратное вращение эффект Холла, таким образом, это может использоваться, чтобы преобразовать власть, добавляет Вардени.
Новое исследование также показало, что преобразование тока вращения к электрическому току работает в органических полупроводниках через «сцепление орбиты вращения» – том же самом процессе, найденном в неорганических проводниках и полупроводниках – даже при том, что явление в неорганических и органических работах материалов существенно различными способами, говорит Боехм.Это сцепление намного более слабо в органическом, чем в неорганических полупроводниках, но «большие успехи, которым мы добились, должны были счесть экспериментальный метод достаточно чувствительным, чтобы достоверно измерить эти очень слабые эффекты в органических полупроводниках», говорит Боехм.