В.В. Беляев1, А.С. Соломатин2, В.А. Авдеенков3, А.В. Казак4

1Государственный университет просвещения (Москва, Россия)

1,3Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы (Москва, Россия)

2РХТУ им. Д.И. Менделеева (Москва, Россия)

3Московский университет «Синергия» (Москва, Россия)

4Ивановский государственный университет (г.Иваново, Россия)

4Курчатовский комплекс кристаллографии и фотоники НИЦ «Курчатовский институт» (Москва, Россия)

1vic_belyaev@mail.ru, vv.belyaev@guppros.ru, 2sotrudnica_unc@mail.ru, 3wladimirawdejenkow@mail.ru, 4alexkazak86@gmail.com

Постановка проблемы. В современных информационно-измерительных приборах подвижность носителей заряда остается ключевым параметром, определяющим эффективность органических полупроводников. При этом установление количественных связей между молекулярной структурой, особенностями упаковки и транспортными свойствами представляет актуальную фундаментальную проблему физики органических материалов. Существующие теоретические модели используют феноменологические параметры, физический смысл которых требует прямого расчета межмолекулярного взаимодействия на атомистическом уровне.

Цель. Исследовать подвижность носителей заряда в органических полупроводниках с использованием расширенной модели гауссовского беспорядка и количественное определение энергии межмолекулярного взаимодействия для нафталоцианинов и субфталоцианинов методом атом-атомных потенциалов.

Результаты. Показано, что подвижность носителей заряда демонстрирует активационную температурную зависимость, квадратично зависит от постоянной решетки и экспоненциально убывает с ростом параметра беспорядка. Для шести соединений на основе нафталоцианинов и субфталоцианинов рассчитаны энергии межмолекулярного взаимодействия в зависимости от взаимной ориентации молекул. Отмечено, что диапазон вариации энергии составляет 104−105 Дж/моль, а это количественно согласуется с характерными значениями параметра беспорядка σ = 0,1…0,15 эВ в расширенной модели гауссовского беспорядка. Установлено, что оптимальное межмолекулярное расстояние составляет 3,3…3,7 Å, что соответствует эффективному π−π взаимодействию в столбчатой упаковке.

Практическая значимость. Метод атом-атомных потенциалов может служить эффективным инструментом для предварительного скрининга перспективных молекулярных структур органических полупроводников при разработке информационно-измерительных приборов нового поколения.

Беляев В.В., Соломатин А.С., Авдеенков В.А., Казак А.В. Моделирование органических полупроводников для электронных приборов // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2026. Т. 24. № 4. С. 67−76. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700814-202604-08

1. Zhugayevych A., Postupna O., Bakus R.C. II, Welch G.C. et al. Ab initio study of a molecular crystal for photovoltaics: light absorption, exciton and charge carrier transport // Journal of Physical Chemistry C. 2013. V. 117. P. 4920.
2. Troisi A. Charge transport in high mobility molecular semiconductors: classical models and new theories // Chemical Society Reviews. 2011. V. 40. P. 2347−2358.
3. Shuai Z., Geng H., Xu W., Liao Y. et al. From charge transport parameters to charge mobility in organic semiconductors through multiscale simulation // Chemical Society Reviews. 2014. V. 43. P. 2662−2679.
4. Ortmann F., Bechstedt F., Hannewald K. Charge transport in organic crystals: theory and modelling // Physica Status Solidi B-Basic Solid State Physics. 2011. V. 248. P. 511−525.
5. Grozema F.C., Siebbeles L.D.A. Mechanism of charge transport in selforganizing organic materials // International Reviews in Physical Chemistry. 2008. V. 27. P. 87.
6. Pasveer W.F., Cottaar J., Tanase C., Coehoorn R. et al. Unified description of charge-carrier mobilities in disordered semiconducting polymers // Physical Review Letters. 2005. V. 94. № 20. P. 206601.
7. Israelachvili J.N. Intermolecular and surface forces. London: Academic Press. 2011. 645 p.
8. Chausov D.N., Suleymanova S., Kazak A.V. et al. Intermolecular interactions of layers octa-phenyl-2,3-naphthalocyaninato zinc // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 2056. № 1. P. 012014.
9. Bassler H. Charge Transport in Disordered Organic Photoconductors – a Monte-Carlo Simulation Study // Physica Status Solidi B-Basic Research. 1993. V. 175. № 1. P. 15−56.
10. Miller A., Abrahams E. Impurity conduction at low concentrations // Physical Review. 1960. V. 120. P. 745.
11. Беляев В.В., Чаусов Д.Н., Соломатин А.С., Кучеров Р.Н., Кумар С., Маргарян А.Л., Акопян Н.Г., Ермакова М.В., Беляев А.А., Ханна Г.М., Вечканов А.Р., Андреев А.В. Моделирование подвижности электронов в органических материалах оптоэлектроники // Оптический журнал. 2024. Т. 91. № 11. С. 82−90.
12. Belyaev V.V., Dadivanyan A.K., Pashinina Y.M., Chausov D.N., Solomatin A.S. Orientation of mesogen and hydrocarbon molecules on graphite and polyethylene crystal surfaces // Molecular Crystals and Liquid Crystals Science and Technology. Section A: Molecular Crystals and Liquid Crystals. V. 545. № 1. P. 159−167. https://doi.org/10.1080/15421406.2011.571998.
13. Stewart J.J.P. Optimization of parameters for semiempirical methods I. Method // Journal of Computational Chemistry. 1989. V. 10(2). P. 209−220.
14. Polak E., Ribière G. Note sur la convergence de méthodes de directions conjuguées // Revue française d'informatique et de recherche opérationnelle. Série rouge. 1969. V. 3(16). P. 35−43.
15. Sosorev A.Yu. Simple charge transport model for efficient search of high-mobility organic semiconductor crystals // Materials & Design. 2020. V. 192. P. 108730.