Volume conductivity of polycrystalline tetracene and p-quaterphenyl layers modified under influence of the surface adsorption

• Autorzy: Kania Sylwester , Kuliński Janusz , Kościelniak-Mucha Barbara , Słoma Piotr , Wojciechowski Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.34658/physics.2021.42.13-31

Warianty tytułu

PL

Przewodnictwo objętościowe warstw polikrystalicznego tetracenu i polikrystalicznego p-czterofenylu modyfikowane wpływem adsorpcji powierzchniowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Volume conductivity of thin organic layers in contact with the ambient atmosphere depends on the volume properties and on the adsorption processes on the free surface of the layer. In order to clarify the role of the surface, experiments were carried out at a temperature close to 293 K to determine the influence of the adsorption dynamics on the change of characteristic relationships observed for the transport of electric charge in vacuum, in the ambient atmosphere and in the controlled atmosphere of the ethyl alcohol vapors. The investigations were carried out for two linear tetracyclic molecular structures, i.e. p-tetraphenyl and tetracene. These molecular systems differ in organization of the rings. The results show an increase in conductivity measured for both compounds when there are the molecules capable of adsorbing to the surface and to transfer or receive charge carriers connected with the process of diffusion or drift transport in the volume of the layer. The nature of the observed increase in conductivity proves that the hopping mechanism is present in the case of conductivity of both tested materials.

PL

Przewodnictwo objętościowe warstw organicznych badane w warunkach kontaktu z atmosferą otoczenia zależy od właściwości objętościowych oraz od procesów adsorpcji cząsteczek aktywatora na powierzchni swobodnej. W celu wyjaśnienia roli powierzchni przeprowadzono w temperaturze bliskiej 293 K eksperymenty nad określeniem wpływu dynamiki adsorpcji na zmianę charakterystycznych zależności obserwowanych dla transportu ładunku elektrycznego w próżni, w atmosferze otoczenia oraz w kontrolowanej atmosferze par alkoholu etylowego. Badania przeprowadzono dla dwu liniowych struktur molekularnych cztero-pierścieniowych, to jest p-czterofenylu i tetracenu. Związki te różnią się organizacją pierścieni. Wyniki wskazują na wzrost przewodnictwa mierzonego dla obu związków, gdy występuje obecność cząsteczek zdolnych do adsorpcji na powierzchni, które mogą przekazać lub odebrać nośniki ładunku zdolne do dyfuzji lub uporządkowanego transportu w objętości warstwy. Charakter obserwowanego wzrostu przewodnictwa świadczy o obecności mechanizmu hoppingowego w przypadku przewodnictwa obu badanych materiałów.

Słowa kluczowe

EN

adsorption; p-quaterphenyl; tetracene; organic semiconductors

PL

adsorpcja; p-kwaterfenyl; tetracen; półprzewodniki organiczne

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej
• Czasopismo: Scientific Bulletin. Physics / Lodz University of Technology
• Rocznik: 2021
• Tom: Vol. 42
• Strony: 13--31
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys. (w tym 1 kolor.), wykr.

Twórcy

autor

Kania Sylwester

• Institute of Physics, Lodz University of Technology, ul. Wólczańska 219, 90-924 Łódź, Poland
• Centre of Mathematics and Physics, Lodz University of Technology, Al. Politechniki 11, 93-590 Łódź, Poland

autor

Kuliński Janusz

• Centre of Mathematics and Physics, Lodz University of Technology, Al. Politechniki 11, 93-590 Łódź, Poland

autor

Kościelniak-Mucha Barbara

• Centre of Mathematics and Physics, Lodz University of Technology, Al. Politechniki 11, 93-590 Łódź, Poland

autor

Słoma Piotr

• Centre of Mathematics and Physics, Lodz University of Technology, Al. Politechniki 11, 93-590 Łódź, Poland

autor

Wojciechowski Krzysztof

• Centre of Mathematics and Physics, Lodz University of Technology, Al. Politechniki 11, 93-590 Łódź, Poland

Bibliografia

• [1] Loi A., Manunza I. 2005. Flexible, organic, ion-sensitive field-effect transistor. Appl. Phys. Lett. 86:103512 -103513. https://doi.org/10.1063/1.1873051
• [2] Migliore A., Naaman R., Beratan D.N., 2015. Sensing of molecules using quantum dynamics, PNAS 112:E2419-E2428. https://doi.org/10.1073/pnas.1502000112
• [3] Kania S., Kuliński J. 2011. Activation of thin layers of two aromatic hydrocarbons. Chem. Met. Alloys 4:31-37. https://www.readcube.com/articles/10.30970%2Fcma4.0142
• [4] Warta W., Stehle R., Karl N. 1985. Ultrapure high mobility organic photoconductors. Appl. Phys. A 36: 163-170. https://doi.org/10.1007/BF00624938
• [5] Robertson J.M., Sinclair V.C., Trotter J. 1961. The crystal and molecular structure of tetracene. Acta Cryst. 14: 697-704. https://doi.org/10.1107/S0365110X61002151
• [6] Roux M.V., Temprado M., Chickos J.S., Nagano Y. 2008. J. Phys. Chem. Ref. Data, 37:1855. https://doi.org/10.1063/1.2955570
• [7] Tersigni A., Shi J., Jiang D.T., Qin X.R. 2006. Structure of tetracene films on hydrogen-passivated Si(001) studied via STM, AFM, and NEXAFS. Phys. Rev. B74: 205326-1 - 205326-9. DOI: 10.1103/PhysRevB.74.205326
• [8] Delugeard Y., Desuche J,. Baudour J.L. 1976. Structural transition in polyphenyls. II. The crystal structure of the high-temperature phase of quaterphenyl. Acta Cryst. B32:702-705. https://doi.org/10.1107/s0567740876003828
• [9] Kawaguchi A., Tsui M., Moriguchi S., Uemura A., Isoda S., Ohara M., Petermann J., Katayama K-i. 1986. Electron Microscopical Studies on p-Polyphenyls. Bull. Inst. Chem. Res., Kyoto Univ. 64:54-65. http://hdl.handle.net/2433/77139
• [10] Müllergger S., Stranik O., Zojer E., Winkler A. 2004. Adsorption, initial growth and desorption kinetics of p-quaterphenyl and polycrystalline gold surfaces. Appl. Surf. Sci. 221: 184-196. https://doi.org/10.1016/S0169-4332(03)00878-X
• [11] Kaźmierczak J., Biniak S., Swiatkowski A., Radeke K.H. 1991Interdependence of different parameters characterizing the chemistry of an activated carbon surface, J.Chem. Soc. Faraday Trans. 87:3557-3561. DOI: 10.1039/FT9918703557
• [12] Rychlicki G., Terzyk A.P. 1995. Indispesability of the use of calorimatric measurements for the description of adsorption processes in microporous systems, J. Therm. Analysis 45: 961 - 965. https://doi.org/10.1007/bf02547464
• [13] Mott N.F., Davies E.A. 1971. Electronic processes in non-crystalline materials, Oxford, Clarendon Press.
• [14] Kania S. 2010. Electrons drift mobility in amorphous anthrone layers. Sci. Bull. Physics. 31:43-50. https://doi.org/10.34658/physics.2010.31.43-50
• [15] Kania S., Kondrasiuk J., Bąk G.W. 2004. Influence of ambient atmosphere on charge transport in polycrystalline thin films of three simple aromatic hydrocarbons. Eur. Phys. J.E. 15: 439-442. https://doi.org/10.1140/epje/i2004-10060-x
• [16] Velasco-Velez J.J., Kunze U., Haas T. 2010. Co‐adsorption processes, kinetics and quantum mechanical modelling of nanofilm semiconductor gas sensors. Phys. Status Solidi A. 207:924-929. https://doi.org/10.1002/pssa.200983322
• [17] Brako R., Newns D.M. 1989. Theory of electronic processes in atom scattering from surfaces. Rep. Prog. Phys. 52:655-697. https://doi.org/10.1088/00344885/52/6/001
• [18] Nordlander P. 1990. Charge transfer processes in atom-surface collisions. Scanning Microscopy. 1990. 4 (21):353-370. https://digitalcommons.usu.edu/microscopy/vol1990/iss4/21
• [19] Kitaigorodsky A.I. 1973. Molecular crystals and molecules. New York, Academic Press.
• [20] Brandão F.G.S.L., Horodecki M. 2013. An area law for entanglement from exponential decay of correlations. Nature Phys. 9:721-726. https://doi.org/10.1038/nphys2747
• [21] Radicchi F., Arenas A. 2013. Abrupt transition in the structural formation of interconnected networks. Nature Phys. 9:717-720. https://doi.org/10.1038/nphys2761
• [22] Levitt M., Perutz M.F. 1988. J. Mol. Biol. 201:751-754. DOI: 10.1016/0022-2836(88)90471-8