Un nuovo studio condotto dai chimici dell'Università Urbana-Champaign dell'Illinois fornisce nuove informazioni sullo sviluppo di materiali semiconduttori che possono fare cose che le loro controparti tradizionali in silicio non possono fare:sfruttare il potere della chiralità, un'immagine speculare non sovrapponibile.

La chiralità è una delle strategie della natura utilizzate per creare complessità nelle strutture, di cui la doppia elica del DNA è forse l'esempio più riconosciuto:due catene di molecole collegate da una "spina dorsale" molecolare e attorcigliate verso destra.

In natura, le molecole chirali, come le proteine, incanalano l'elettricità in modo molto efficiente trasportando selettivamente elettroni con la stessa direzione di rotazione.

I ricercatori lavorano da decenni per imitare la chiralità della natura nelle molecole sintetiche. Un nuovo studio, condotto dal professore di chimica chimica e biomolecolare Ying Diao, indaga l'efficacia con cui varie modifiche a un polimero non chirale chiamato DPP-T4 possono essere utilizzate per formare strutture elicoidali chirali in materiali semiconduttori a base polimerica.

Le potenziali applicazioni includono celle solari che funzionano come foglie, computer che utilizzano gli stati quantistici degli elettroni per eseguire calcoli in modo più efficiente e nuove tecniche di imaging che catturano informazioni tridimensionali anziché 2D, solo per citarne alcune.

I risultati dello studio sono riportati nella rivista ACS Central Science .

"Abbiamo iniziato pensando che apportare piccole modifiche alla struttura della molecola DPP-T4, ottenute aggiungendo o modificando gli atomi collegati alla struttura portante, avrebbe alterato la torsione della struttura e indotto la chiralità", ha detto Diao. "Tuttavia, abbiamo subito scoperto che le cose non erano così semplici."

Utilizzando la diffusione e l'immaginazione dei raggi X, il team ha scoperto che le loro "leggere modifiche" causavano grandi cambiamenti nelle fasi del materiale.

"Quello che abbiamo osservato è una sorta di effetto Riccioli d'oro", ha detto Diao. "Di solito, le molecole si assemblano come un filo attorcigliato, ma all'improvviso, quando giriamo la molecola fino a raggiungere una torsione critica, iniziano ad assemblarsi in nuove mesofasi sotto forma di piastre o fogli piatti. Testando per vedere quanto bene queste strutture potrebbero piegarsi luce polarizzata, un test per la chiralità, siamo rimasti sorpresi di scoprire che i fogli possono anche torcersi in strutture chirali coese."

Le scoperte del team mettono in luce il fatto che non tutti i polimeri si comporteranno in modo simile se modificati nel tentativo di imitare l'efficiente trasporto di elettroni nelle strutture chirali. Lo studio riporta che è fondamentale non trascurare le complesse strutture mesofase formate per scoprire fasi sconosciute che possono portare a proprietà ottiche, elettroniche e meccaniche inimmaginabili prima.

Ulteriori informazioni: Kyung Sun Park et al, Subtle Molecular Changes modulano in gran parte gli assemblaggi elicoidali chirali di polimeri coniugati achirali mediante l'ottimizzazione dell'aggregazione soluzione-stato, ACS Central Science (2023). DOI:10.1021/acscentsci.3c00775

Informazioni sul giornale: ACS Scienza Centrale

Fornito dall'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign