Gli scienziati hanno creato polimeri bidimensionali conduttori che mostrano una mobilità elettronica paragonabile al grafene. La loro ricerca è stata presentata nell'edizione online di Chem .
Il grafene, definito un “materiale da sogno”, mostra una mobilità degli elettroni 140 volte più veloce del silicio e una resistenza 200 volte quella dell’acciaio. Tuttavia, la mancanza di banda proibita, essenziale per la regolazione della corrente elettrica, ne impedisce l'utilizzo come semiconduttore. I ricercatori hanno esplorato attivamente vari approcci per sviluppare un semiconduttore che mostri le proprietà eccezionali del grafene.
Un approccio promettente è lo sviluppo di polimeri conduttori. I ricercatori stanno esplorando polimeri conduttori con una struttura aromatica fusa, che imitano la struttura chimica del grafene, con l'obiettivo di ottenere proprietà eccezionali. Tuttavia, durante la sintesi sorgono problemi a causa dell'impilamento degli strati intermedi tra gli intermedi di crescita, che ostacolano la corretta crescita del polimero.
In questa ricerca, il team composto dai professori Kimoon Kim e Ji Hoon Shim, dal dottor Yeonsang Lee del Dipartimento di Chimica dell'Università di Scienza e Tecnologia di Pohang (POSTECH) e dal Professor Jun Sung Kim del Dipartimento di Fisica di POSTECH e dal Centro per le Arti Artificiali I sistemi elettronici a bassa dimensione presso l'Institute for Basic Science, hanno utilizzato il triazacoronene, che possiede una struttura chimica simile al grafene, e hanno introdotto voluminosi gruppi funzionali pendenti alla sua periferia.
Introducendo un ostacolo sterico da questi gruppi pendenti, il team è riuscito a sopprimere l'impilamento degli intermedi polimerici bidimensionali durante la polimerizzazione dei monomeri del triazacoronene. Ciò ha portato ad una maggiore solubilità degli intermedi e ha facilitato la sintesi di polimeri bidimensionali con un grado di polimerizzazione più elevato e meno difetti, con conseguente eccezionale conduttività elettrica dopo il drogaggio di tipo p.
Sorprendentemente, le misurazioni del magnetotrasporto hanno rivelato che il trasporto multi-portante coerente con portanti finite di tipo n mostra una mobilità eccezionalmente elevata oltre 3.200 cm 2 V −1 s −1 e una lunghezza di coerenza di fase lunga superiore a 100 nm, in netto contrasto con il trasporto di portatori di lacune con mobilità 25.000 volte inferiore alle basse temperature. Questa drammatica disparità tra il trasporto di elettroni e di trasportatori di lacune è attribuita a stati elettronici spazialmente separati vicino al livello di Fermi, che consiste di bande dispersive e piatte.
Il professor Kimoon Kim di POSTECH ha espresso l'importanza della ricerca affermando:"Abbiamo raggiunto un passo avanti nell'affrontare la bassa mobilità degli elettroni, una sfida importante nei semiconduttori organici, e nel controllare le vie di conduzione per elettroni e lacune a livello molecolare. "
"Questa ricerca ha fatto luce sul miglioramento delle prestazioni dei materiali in varie applicazioni industriali, tra cui batterie e catalizzatori."
Ulteriori informazioni: Yeonsang Lee et al, Osservazione di elettroni ultraveloci in polimeri bidimensionali conduttori incorporati in pendenti, Chem (2024). DOI:10.1016/j.chempr.2023.12.007
Informazioni sul giornale: Chimica
Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia di Pohang
