Det är den dubbla helixen, med sin stabila och flexibla struktur av genetisk information, som gjorde livet på jorden möjligt i första hand. Nu har ett team från tekniska universitetet i München (TUM) upptäckt en dubbel spiralstruktur i ett oorganiskt material. Materialet består av tenn, jod och fosfor är en halvledare med extraordinära optiska och elektroniska egenskaper, samt extrem mekanisk flexibilitet.

Flexibel men ändå robust - detta är en anledning till att naturen kodar genetisk information i form av en dubbel helix. Forskare vid TU München har nu upptäckt en oorganisk substans vars element är arrangerade i form av en dubbel helix.

Ämnet som kallas SnIP, bestående av elementen tenn (Sn), jod (I) och fosfor (P), är en halvledare. Dock, till skillnad från konventionella oorganiska halvledande material, det är mycket flexibelt. De centimeterlånga fibrerna kan böjas godtyckligt utan att brytas.

"Denna egenskap hos SnIP kan tydligt hänföras till den dubbla helixen, säger Daniela Pfister, som upptäckte materialet och arbetar som forskare i Tom Nilges arbetsgrupp, Professor för syntes och karaktärisering av innovativa material vid TU München. "SnIP kan enkelt produceras i gramskala och är, till skillnad från galliumarsenid, som har liknande elektroniska egenskaper, mycket mindre giftigt. "

Otaliga applikationsmöjligheter

De halvledande egenskaperna hos SnIP lovar ett brett utbud av applikationsmöjligheter, från energiomvandling i solceller och termoelektriska element till fotokatalysatorer, sensorer och optoelektroniska element. Genom att dopa med andra element, de elektroniska egenskaperna hos det nya materialet kan anpassas till ett brett spektrum av applikationer.

På grund av arrangemanget av atomer i form av en dubbel helix, fibrerna, som är upp till en centimeter långa kan enkelt delas upp i tunnare trådar. De tunnaste fibrerna hittills består bara av fem dubbla spiralsträngar och är bara några nanometer tjocka. Det öppnar också dörren för nanoelektroniska applikationer.

"Speciellt kombinationen av intressanta halvledaregenskaper och mekanisk flexibilitet ger oss stor optimism när det gäller möjliga tillämpningar, "säger professor Nilges." Jämfört med organiska solceller, Vi hoppas kunna uppnå betydligt högre stabilitet från oorganiska material. Till exempel, SnIP förblir stabil upp till cirka 500 ° C (930 ° F). "

Bara i början

"Liknar kol, där vi har den tredimensionella (3D) diamanten, den tvådimensionella grafen och de endimensionella nanorören, "förklarar professor Nilges, "vi har här, vid sidan av 3D -halvledande materialet kisel och 2D -materialet fosfor, för första gången ett endimensionellt material - med perspektiv som är lika spännande som kolnanorör. "

Precis som med kolnanorör och polymerbaserade tryckfärger, SnIP -dubbla spiraler kan suspenderas i lösningsmedel som toluen. På det här sättet, tunna lager kan produceras enkelt och kostnadseffektivt. "Men vi är bara i början av materialutvecklingsstadiet, "säger Daniela Pfister." Varje enskilt processsteg måste fortfarande utarbetas. "

Eftersom de dubbla helixsträngarna i SnIP finns i vänster- och högerhänta varianter, material som endast består av en av de två bör uppvisa speciella optiska egenskaper. Detta gör dem mycket intressanta för optoelektronikapplikationer. Men, hittills finns ingen teknik tillgänglig för att skilja de två varianterna.

Teoretiska beräkningar av forskarna har visat att en hel rad ytterligare element bör bilda denna typ av oorganiska dubbla spiraler. Ett omfattande patentskydd väntar. Forskarna arbetar nu intensivt med att hitta lämpliga produktionsprocesser för ytterligare material.

En omfattande tvärvetenskaplig allians arbetar med karakterisering av det nya materialet:Fotoluminescens- och konduktivitetsmätningar har utförts vid Walter Schottky -institutet vid TU München. Teoretiska kemister från University of Augsburg samarbetade kring de teoretiska beräkningarna. Forskare från University of Kiel och Max Planck Institute of Solid State Research i Stuttgart utförde undersökningar av transmissionselektronmikroskop. Mössbauer -spektra och magnetiska egenskaper mättes vid University of Augsburg, medan forskare vid TU Cottbus bidrog med termodynamiska mätningar.