Ett team av forskare från Siberian Federal University (SibFU), tillsammans med utländska kollegor, beskrev de strukturella och fysikaliska egenskaperna hos en grupp tvådimensionella material baserade på polycykliska molekyler som kallas cirkulener. Möjligheten till flexibel design och varierande egenskaper hos dessa material gör dem lämpliga för nanoelektronik. Resultaten publiceras i Journal of Physical Chemistry C .

Circulenes är organiska molekyler som består av flera kolvätecykler som bildar en blomliknande struktur. Deras höga stabilitet, symmetri, och optiska egenskaper gör dem av särskilt intresse för nanoelektronik, speciellt för solceller och organiska lysdioder. Den mest stabila och mest studerade tetraoxa[8]cirkulenmolekylen skulle potentiellt kunna polymeriseras till grafenliknande nanorband och ark. Författarna har publicerat resultaten av simuleringar som bevisar denna möjlighet. De beskrev också egenskaper och struktur hos de föreslagna materialen.

"Med bara en byggsten - en tetraoxa[8]cirkulenmolekyl - kan vi skapa ett material med egenskaper som liknar egenskaperna hos kisel (en halvledare som traditionellt används inom elektronik) eller grafen (en halvmetall) beroende på syntesparametrarna. de föreslagna materialen har vissa fördelar. Laddningsbärarens rörlighet är cirka 10 gånger högre jämfört med kisel, därför, man kan förvänta sig högre konduktivitet, " säger huvudförfattaren till studien Artem Kuklin, forskarassistent vid avdelningen för teoretisk fysik vid Siberian Federal University.

Efter att ha bestämt jämviktsgeometrierna och testat deras stabilitet, forskarna upptäckte flera stabila tetraoxa[8]cirkulenbaserade polymerer. Skillnaden mellan dem låg i typen av koppling mellan molekylerna, vilket resulterade i olika egenskaper. Polymererna uppvisar hög laddningsbärarrörlighet. Denna egenskap analyserades genom anpassning av energizoner nära bandgapet - en parameter som representeras av separation av tomma och upptagna elektroniska tillstånd. De mekaniska egenskaperna visar att de nya materialen är 1,5 till tre gånger mer töjbara än grafen. Författarna rapporterar också de topologiska tillstånden i en av polymererna orsakade av spin-orbit-koppling, vilket inte är typiskt för lätta elementbaserade material. Materialen är isolatorer i huvuddelen, men kan leda elektricitet på ytan (kanterna).

"De föreslagna nanostrukturerna har användbara egenskaper och kan användas i produktionen av joniska siktar och för delar av nanoelektroniska enheter. Vidare, vi planerar att modifiera våra föreningar med metalladatomer för att studera deras magnetiska och katalytiska egenskaper. Vi skulle också vilja hitta en forskargrupp som kan syntetisera dessa material, avslutar Artem Kuklin.