Le comportement des électrons sur des interfaces de matériaux
Les dispositifs organiques comme les écrans électroluminescents, les piles solaires et les capteurs biologiques et chimiques se basent sur la superposition de couches de différents matériaux. Ainsi, il est essentiel de caractériser les interfaces entre les différents métaux, oxydes et matériaux d''isolation ou semi-conducteurs utilisés. Bien que des travaux intensifs aient permis d''élargir les connaissances sur la morphologie de ces matériaux et interfaces, la caractérisation détaillée des processus électriques pertinents était nécessaire pour obtenir une meilleure idée d''ensemble. Le projet MINOTOR («Modelling of electronic processes at interfaces in organic-based electronic devices») a réalisé d''excellents progrès pour combler ce fossé. Les scientifiques se sont concentrés simultanément sur les interfaces métal/organique (M/O), les interfaces organiques/organiques (O/O), et les interfaces inorganiques/organiques (I/O). MONITOR a appliqué des approches de transformée de Fourier discrète (TFD) basées sur la théorie de la fonctionnelle de la densité qui décrit par voie mathématique la densité électrons de systèmes à structure électronique. Les scientifiques ont employé ces méthodes pour évaluer le travail de sortie (ou d''extraction) ainsi que la fixation de niveau de Fermi, relatives à l''extraction d''un électron d''une surface et la prévention de cette extraction, respectivement. Les approches standard de TFD ont bien fonctionné pour la description d''interfaces M/O présentant une forte liaison entre les molécules et la surface. Les scientifiques ont montré que les caractéristiques des électrons de surface aux électrodes métalliques peuvent être délicatement raccordées en modifiant les molécules de formation de monocouche auto-assemblées utilisées pour les recouvrir. Dans le cas d''une liaison faible, où un métal est couvert d''une fine couche d''oxyde natif, la TFD a fidèlement reproduit les effets de fixation de niveau de Fermi. Les fonctionnelles de TFD corrigées de grande envergure ont été recommandées pour décrire la distribution de charge interfaciale dans les interfaces O/O avec un transfert de charge partiel entre les entités donatrices et acceptrices. Pourtant, les modèles de micro-électrostatique (ME) ont été préférés par rapport à la TFD pour les systèmes O/O dominés par des effets de polarisation. Dans le cas des interfaces I/O, les chercheurs ont démontré un ajustement du travail de sortie des couches d''oxydes en greffant des molécules de monocouches auto-assemblées. Les méthodes de liaisons étroites de TFD sont nécessaires pour décrire simultanément les distributions de densité d''électrons des interfaces. De nombreux dispositifs dont les dispositifs de spintronique et les piles solaires ont été fabriqués pour traduire la théorie en pratique. Ils ont démontré la capacité des monocouches auto-assemblées à affiner les caractéristiques d''interface et le rôle de la morphologie de l''interface dans la performance du dispositif. Une meilleure compréhension des processus électriques à toutes les interfaces offertes par MINOTOR permettra aux futurs concepteurs de créer des produits à haute performance.
