Udvikling af organiske halvledere med ultrahurtige elektroner

Forskere har skabt ledende todimensionelle polymerer, der udviser elektronmobilitet, der kan sammenlignes med grafen. Deres forskning er blevet omtalt i online-udgaven af ​​Chem .

Grafen, kaldet et "drømmemateriale", udviser elektronmobilitet 140 gange hurtigere end silicium og en styrke 200 gange stålets. Dens mangel på et båndgab, som er afgørende for regulering af elektrisk strøm, forhindrer dens brug som en halvleder. Forskere har aktivt udforsket forskellige tilgange til at udvikle en halvleder, der viser grafens enestående egenskaber.

En lovende tilgang er udviklingen af ​​ledende polymerer. Forskere udforsker ledende polymerer med en sammensmeltet aromatisk rygrad, der efterligner grafens kemiske struktur, med det formål at opnå exceptionelle egenskaber. Alligevel opstår der udfordringer under syntese på grund af mellemlagstablingen mellem vækstmellemprodukter, hvilket forhindrer korrekt polymervækst.

I denne forskning har holdet bestående af professorerne Kimoon Kim og Ji Hoon Shim, Dr. Yeonsang Lee fra Institut for Kemi ved Pohang University of Science and Technology (POSTECH) og professor Jun Sung Kim fra POSTECH's Fysikafdeling og Center for Kunstig Low Dimensional Electronic Systems ved Institute for Basic Science, brugte triazacoronen, som havde en kemisk struktur, der ligner grafen, og introducerede voluminøse, vedhængende funktionelle grupper til dens periferi.

Ved at introducere sterisk hindring fra disse vedhængsgrupper undertrykte holdet med succes stablingen af ​​todimensionelle polymermellemprodukter under polymerisationen af ​​triazacoronenmonomerer. Dette førte til øget opløselighed af mellemprodukterne og lettede syntesen af ​​todimensionelle polymerer med højere grad af polymerisation og færre defekter, hvilket resulterede i enestående elektrisk ledningsevne efter p-type doping.

Det er bemærkelsesværdigt, at magnetotransportmålinger afslørede, at kohærent multi-carrier transport med finite n-type carriers viser usædvanlig høj mobilitet over 3.200 cm ² V ⁻¹ s ⁻¹ og lang fasekohærenslængde, der overstiger 100 nm, i skarp kontrast til hul-bærer-transport med 25.000 gange lavere mobilitet ved lave temperaturer. Denne dramatiske forskel mellem elektron- og hul-bærertransport tilskrives rumligt adskilte elektroniske tilstande nær Fermi-niveauet, som består af dispersive og flade bånd.

Professor Kimoon Kim fra POSTECH udtrykte betydningen af ​​forskningen ved at sige:"Vi har opnået et gennembrud med hensyn til at adressere den lave elektronmobilitet, en stor udfordring i organiske halvledere og med at kontrollere ledningsbanerne for elektroner og huller på molekylært niveau. "

"Denne forskning kastede lys over forbedring af materialeydeevne på tværs af forskellige industrielle applikationer, herunder batterier og katalysatorer."

Flere oplysninger: Yeonsang Lee et al., Observation af ultrahurtige elektroner i pendant-indlejrede ledende todimensionelle polymerer, Chem (2024). DOI:10.1016/j.chempr.2023.12.007

Journaloplysninger: Kem

Leveret af Pohang University of Science and Technology