Электричество в неупорядоченных материалах: прыжки электронов экспресс
В неупорядоченных материалах — например, в органических полупроводниках или чернилах из двумерных материалов — электроны не движутся плавно, как вода по трубе. Они перепрыгивают с одного места на другое, как мячик, который скачет по неровной поверхности. Такое движение называют прыжковым транспортом.
При разных температурах электроны прыгают по-разному. При низких температурах они предпочитают прыгать дальше, но в места с похожей энергией — это называется прыжками с переменной дальностью. При высоких температурах прыжки короткие, только на ближайшие места. Учёные создали компьютерную программу, которая имитирует эти прыжки в материале. Программа учитывает, как расположены места для прыжков и какова их энергия. Оказалось, что именно эти свойства определяют, какой режим прыжков будет главным. Программу проверили на реальных экспериментах — она точно повторяет переходы между режимами и поведение в одном, двух и трёх измерениях.
Теперь у исследователей есть инструмент, чтобы заранее предсказывать, как будет проводить ток новый материал. Это ускорит разработку гибкой электроники, солнечных батарей и сенсоров.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2601.01243
Hopping transport, characterized by carrier tunneling between localized states, is a key mechanism in disordered materials such as organic semiconductors, perovskites, nitride alloys, and 2D material-based inks. Two main regimes are typically observed: Variable Range Hopping and Nearest Neighbor Hopping, with a transition between them upon temperature variation. Despite numerous experimental observations, the modeling of this transition remain insufficiently explored and not fully understood. In this work, we present an in-house Monte Carlo Random Resistor Network-based simulator capable of capturing both hopping transport regimes. We demonstrate how material properties that define the network, such as localization length and the spatial and energetic distribution of sites, determine the dominant transport regime. The simulator has been successfully validated against experimental data, showing excellent agreement, reproducing the transition from one regime to the other and accurately capturing 1D, 2D and 3D variable range hopping behavior, providing both a theoretical framework for interpreting experiments and a powerful tool for studying transport mechanisms.
Прыжковая проводимость объясняет, почему некоторые материалы проводят ток лучше при нагревании — в отличие от металлов, которые при нагревании проводят хуже.