Forskare har skapat ledande tvådimensionella polymerer som uppvisar elektronrörlighet jämförbar med grafen. Deras forskning har presenterats i onlineupplagan av Chem .
Grafen, som kallas ett "drömmaterial", uppvisar elektronrörlighet 140 gånger snabbare än kisel och en styrka 200 gånger stålets. Dess avsaknad av ett bandgap, vilket är väsentligt för att reglera elektrisk ström, förhindrar dock dess användning som halvledare. Forskare har aktivt undersökt olika metoder för att utveckla en halvledare som visar grafens exceptionella egenskaper.
Ett lovande tillvägagångssätt är utvecklingen av ledande polymerer. Forskare utforskar ledande polymerer med en sammansmält aromatisk ryggrad, som efterliknar grafens kemiska struktur, i syfte att uppnå exceptionella egenskaper. Ändå uppstår utmaningar under syntesen på grund av att mellanskikten staplas mellan tillväxtintermediärer, vilket hindrar korrekt polymertillväxt.
I denna forskning har teamet bestående av professorerna Kimoon Kim och Ji Hoon Shim, Dr. Yeonsang Lee från Institutionen för kemi vid Pohang University of Science and Technology (POSTECH) och professor Jun Sung Kim från POSTECHs institution för fysik och Center for Artificial Lågdimensionella elektroniska system vid Institutet för grundläggande vetenskap, använde triazakoronen, som hade en kemisk struktur som liknar grafen, och introducerade skrymmande hängande funktionella grupper i dess periferi.
Genom att introducera steriska hinder från dessa hängande grupper, undertryckte teamet framgångsrikt staplingen av tvådimensionella polymerintermediärer under polymerisationen av triazakoronenmonomerer. Detta ledde till ökad löslighet av mellanprodukterna och underlättade syntesen av tvådimensionella polymerer med högre grad av polymerisation och färre defekter, vilket resulterade i enastående elektrisk ledningsförmåga efter dopning av p-typ.
Anmärkningsvärt nog visade magnetotransportmätningar att koherent transport med flera bärare med ändliga bärare av n-typ visar exceptionellt hög rörlighet över 3 200 cm 2 V −1 s −1 och lång faskoherenslängd som överstiger 100 nm, i skarp kontrast till hålbärartransport med 25 000 gånger lägre rörlighet vid låga temperaturer. Denna dramatiska skillnad mellan elektron- och hålbärartransport tillskrivs rumsligt separerade elektroniska tillstånd nära Fermi-nivån, som består av dispersiva och platta band.
Professor Kimoon Kim från POSTECH uttryckte betydelsen av forskningen genom att säga:"Vi har uppnått ett genombrott när det gäller att ta itu med den låga elektronmobiliteten, en stor utmaning i organiska halvledare, och i att kontrollera ledningsvägarna för elektroner och hål på molekylär nivå. "
"Denna forskning belyser förbättring av materialprestanda i olika industriella tillämpningar inklusive batterier och katalysatorer."
Mer information: Yeonsang Lee et al, Observation av ultrasnabba elektroner i hängande inbäddade ledande tvådimensionella polymerer, Chem (2024). DOI:10.1016/j.chempr.2023.12.007
Journalinformation: Chem
Tillhandahålls av Pohang University of Science and Technology
