Een team van wetenschappers van de Siberische Federale Universiteit (SibFU), samen met buitenlandse collega's, beschreef de structurele en fysische eigenschappen van een groep tweedimensionale materialen op basis van polycyclische moleculen die circulenen worden genoemd. De mogelijkheid tot flexibel ontwerp en variabele eigenschappen van deze materialen maken ze geschikt voor nano-elektronica. De resultaten worden gepubliceerd in de Journal of Physical Chemistry C .

Circulenen zijn organische moleculen die bestaan ​​uit verschillende koolwaterstofcycli die een bloemachtige structuur vormen. Hun hoge stabiliteit, symmetrie, en optische eigenschappen maken ze van bijzonder belang voor nano-elektronica, met name voor zonnecellen en organische LED's. Het meest stabiele en meest bestudeerde tetraoxa[8]circuleenmolecuul zou mogelijk kunnen worden gepolymeriseerd tot grafeenachtige nanoribbons en sheets. De auteurs hebben de resultaten gepubliceerd van simulaties die deze mogelijkheid bewijzen. Ze beschreven ook eigenschappen en structuur van de voorgestelde materialen.

"Met slechts één bouwsteen - een tetraoxa[8]circuleenmolecuul - kunnen we een materiaal creëren met eigenschappen die vergelijkbaar zijn met die van silicium (een halfgeleider die traditioneel wordt gebruikt in de elektronica) of grafeen (een halfmetaal), afhankelijk van de syntheseparameters. de voorgestelde materialen hebben enkele voordelen. De mobiliteit van ladingsdragers is ongeveer 10 keer hoger in vergelijking met silicium, daarom, men zou een hogere geleidbaarheid kunnen verwachten, " zegt de hoofdauteur van de studie Artem Kuklin, onderzoeksmedewerker bij de afdeling theoretische fysica van de Siberische Federale Universiteit.

Na het bepalen van de evenwichtsgeometrieën en het testen van hun stabiliteit, de wetenschappers ontdekten verschillende stabiele polymeren op basis van tetraoxa[8]circuleen. Het verschil tussen hen zat in het type koppeling tussen de moleculen, wat resulteerde in verschillende eigenschappen. De polymeren vertonen een hoge mobiliteit van ladingsdragers. Deze eigenschap werd geanalyseerd door energiezones in de buurt van de bandgap aan te passen - een parameter die wordt weergegeven door de scheiding van lege en bezette elektronische toestanden. De mechanische eigenschappen tonen aan dat de nieuwe materialen 1,5 tot drie keer meer rekbaar zijn dan grafeen. De auteurs rapporteren ook de topologische toestanden in een van de polymeren veroorzaakt door spin-baankoppeling, wat niet typisch is voor op lichte elementen gebaseerde materialen. De materialen zijn isolatoren in de bulk, maar kan elektriciteit geleiden op het oppervlak (randen).

"De voorgestelde nanostructuren hebben nuttige eigenschappen en kunnen worden gebruikt bij de productie van ionische zeven en voor elementen van nano-elektronische apparaten. Verder, we zijn van plan onze verbindingen te modificeren met metalen adatomen om hun magnetische en katalytische eigenschappen te bestuderen. We zouden ook graag een onderzoeksgroep vinden die deze materialen zou kunnen synthetiseren, " besluit Artem Kuklin.