Halvledare är ämnen som har en konduktivitet mellan den hos ledare och isolatorer. På grund av deras unika egenskaper att leda ström endast under specifika förhållanden, de kan kontrolleras eller modifieras för att passa våra behov. Ingenstans är användningen av halvledare mer omfattande eller viktigare än i elektriska och elektroniska enheter, såsom dioder, transistorer, solceller, och integrerade kretsar.

Halvledare kan vara gjorda av antingen organiska (kolbaserade) eller oorganiska material. Nya trender inom forskning visar att forskare väljer att utveckla fler organiska halvledare, eftersom de har några tydliga fördelar jämfört med oorganiska halvledare. Nu, vetenskapsmän, ledd av prof Makoto Tadokoro vid Tokyo University of Science, rapportera om syntesen av ett nytt organiskt ämne med potentiella tillämpningar som en n-typ halvledare. Denna studie är publicerad i tidskriften Organisk och biomolekylär kemi . Enligt Prof Makoto Tadokoro, "organiska halvledarenheter, till skillnad från hårda oorganiska halvledarenheter, är mycket mjuka och är användbara för att skapa självhäftande bärbara enheter som lätt kan passa på en person." trots fördelarna med organiska halvledare, det finns mycket få kända stabila molekyler som har de fysikaliska egenskaperna hos halvledare av n-typ, jämfört med oorganiska n-typ halvledare.

N-heteroheptacenequinon är en välkänd potentiell kandidat för n-typ halvledarmaterial. Dock, den har några nackdelar:den är instabil i luft och UV-synligt ljus, och det är olösligt i organiska lösningsmedel. Dessa nackdelar hindrar de praktiska tillämpningarna av detta ämne som en halvledare.

Ett team av japanska forskare - Dr. Kyosuke Isoda (fakulteten för teknik och design, Kagawa universitet; ex-Tokyo University of Science), Mr. Mitsuru Matsuzaka (ex-Tokyo University of Science), Dr. Tomoaki Sugaya (Chiba Institute of Technology, ex-Tokyo University of Science), och Prof Tadokoro – syftade till att överbrygga detta gap, och identifierade ett nytt ämne som heter C ⁶ OAHCQ, härledd från N-heteroheptacenequinon, som övervinner nackdelarna med N-heteroheptacenequinon.

För att få detta ämne, N-heteroheptacenequinon gjordes för att genomgå en process i fyra steg av kemiska reaktioner som involverade upprepad återflöde, avdunstning, omkristallisation, och uppvärmning. Den slutliga produkten som uppnåddes var C ⁶ OAHCQ, ett rött fast ämne. C ⁶ OAHCQ har en unik kristallin nästan plan struktur som involverar två tetraazanaftacen "ryggrader" och en bensokinon ryggrad. Den har åtta elektronbristiga imino-N-atomer och två karbonylgrupper.

För att bekräfta dess elektrokemiska egenskaper, C ⁶ OAHCQ gjordes för att genomgå en serie tester inklusive en UV-synlig absorptionsspektroskopi i lösningstillstånd, cyklisk voltammetri, och teoretisk beräkning av elektrostatisk potential. Det jämfördes också med en tetraazapentacenekinonanalog.

Dessa tester avslöjade några unika egenskaper hos C ⁶ OAHCQ. De elektronbristiga imino-N-atomerna och två karbonylgrupper i C ⁶ OAHCQ ger den ett elektronaccepterande beteende. Faktiskt, antalet elektroner som accepteras av C ⁶ OAHCQ är mer än så av fulleren C ⁶⁰ , vilket tyder på förbättrad konduktivitet. Cyklisk voltammetri visade att C ⁶ OAHCQ uppvisade reversibel fyrsteg, fyra-elektron reduktionsvågor, vilket tydde på att C ⁶ OAHCQ är stabil och har god elektrostatisk potential; den UV-synliga spektroskopin visade också dess stabilitet i UV-synligt ljus. C ⁶ OAHCQ visade också elektrokroma egenskaper, som möjliggör dess potentiella tillämpning inom många specialiserade områden såsom utvecklingen av smarta fönster, elektrokroma speglar, och elektrokroma displayanordningar. C ⁶ OAHCQ visade sig också ha utmärkt löslighet i vanliga organiska lösningsmedel. Den visade sig överlag vara fördelaktig och hade förbättrade egenskaper jämfört med tetraazapentacenekinonanalogen.

Syntesen av organisk C ⁶ OAHCQ är ett nytt steg framåt inom halvledarforskning, på grund av dess utmärkande egenskaper som skiljer den från befintliga organiska halvledare. C ⁶ OAHCQ är också ett revolutionerande steg i det nuvarande forskningsscenariot som domineras av oorganiska halvledare. Prof Tadokoro och teamet hävdar vikten av detta nya ämne, anger, "Identifieringen av detta organiska acceptormolekylära skelett som har egenskapen att stabilt ta emot elektroner är mycket viktig, eftersom det kan användas för att utveckla molekylära enheter med ny funktionalitet. Dessa enheter är mjuka, till skillnad från hårda oorganiska halvledarenheter, och kan hjälpa till att skapa bärbara enheter."