Un team di scienziati dell'Università Federale Siberiana (SibFU), insieme a colleghi stranieri, descrisse le proprietà strutturali e fisiche di un gruppo di materiali bidimensionali basati su molecole policicliche chiamate circuleni. La possibilità di un design flessibile e le proprietà variabili di questi materiali li rendono adatti alla nanoelettronica. I risultati sono pubblicati nel Journal of Physical Chemistry C .

I circuleni sono molecole organiche costituite da diversi cicli di idrocarburi che formano una struttura simile a un fiore. La loro elevata stabilità, simmetria, e le proprietà ottiche li rendono di particolare interesse per la nanoelettronica, in particolare per le celle solari e i LED organici. La molecola di tetraoxa[8]circulene più stabile e più studiata potrebbe essere potenzialmente polimerizzata in nanonastri e fogli simili al grafene. Gli autori hanno pubblicato i risultati delle simulazioni che dimostrano questa possibilità. Hanno anche descritto le proprietà e la struttura dei materiali proposti.

"Con un solo elemento costitutivo, una molecola di tetraoxa[8]circulene, possiamo creare un materiale con proprietà simili a quelle del silicio (un semiconduttore tradizionalmente utilizzato in elettronica) o del grafene (un semimetallo) a seconda dei parametri di sintesi. Tuttavia, i materiali proposti presentano alcuni vantaggi. La mobilità del portatore di carica è circa 10 volte superiore rispetto al silicio, perciò, ci si potrebbe aspettare una maggiore conduttività, " dice l'autore principale dello studio Artem Kuklin, ricercatore associato presso il dipartimento di fisica teorica dell'Università Federale Siberiana.

Dopo aver determinato le geometrie di equilibrio e testato la loro stabilità, gli scienziati hanno scoperto diversi polimeri stabili a base di tetraoxa[8]circulene. La differenza tra loro era nel tipo di accoppiamento tra le molecole, che ha portato a proprietà diverse. I polimeri dimostrano un'elevata mobilità dei portatori di carica. Questa proprietà è stata analizzata adattando le zone energetiche vicino al bandgap, un parametro rappresentato dalla separazione degli stati elettronici vuoti e occupati. Le proprietà meccaniche dimostrano che i nuovi materiali sono da 1,5 a tre volte più elastici del grafene. Gli autori riportano anche gli stati topologici in uno dei polimeri causati dall'accoppiamento spin-orbita, che non è tipico per i materiali a base di elementi leggeri. I materiali sono isolanti alla rinfusa, ma può condurre elettricità sulla superficie (bordi).

"Le nanostrutture proposte possiedono proprietà utili e possono essere utilizzate nella produzione di setacci ionici e per elementi di dispositivi nanoelettronici. Inoltre, abbiamo in programma di modificare i nostri composti con adatomi metallici per studiarne le proprietà magnetiche e catalitiche. Vorremmo anche trovare un gruppo di ricerca che possa sintetizzare questi materiali, " conclude Artem Kuklin.