Wetenschappers hebben geleidende tweedimensionale polymeren gemaakt die een elektronenmobiliteit vertonen die vergelijkbaar is met die van grafeen. Hun onderzoek is opgenomen in de online editie van Chem .

Grafeen, een ‘droommateriaal’ genoemd, vertoont een elektronenmobiliteit die 140 keer sneller is dan silicium en een sterkte die 200 keer zo groot is als die van staal. Het ontbreken van een bandafstand, die essentieel is voor het reguleren van de elektrische stroom, verhindert echter het gebruik ervan als halfgeleider. Onderzoekers hebben actief verschillende benaderingen onderzocht om een ​​halfgeleider te ontwikkelen die de uitzonderlijke eigenschappen van grafeen vertoont.

Een veelbelovende aanpak is de ontwikkeling van geleidende polymeren. Onderzoekers onderzoeken geleidende polymeren met een gefuseerde aromatische ruggengraat, die de chemische structuur van grafeen nabootsen, met als doel uitzonderlijke eigenschappen te bereiken. Toch ontstaan ​​er uitdagingen tijdens de synthese als gevolg van de stapeling tussen de tussenlagen tussen de groeimedia, waardoor een goede polymeergroei wordt belemmerd.

In dit onderzoek heeft het team bestaande uit professoren Kimoon Kim en Ji Hoon Shim, Dr. Yeonsang Lee van de afdeling Scheikunde van de Pohang University of Science and Technology (POSTECH) en professor Jun Sung Kim van POSTECH's afdeling Natuurkunde en het Centrum voor Kunstmatige Wetenschappen Low Dimensional Electronic Systems van het Institute for Basic Science maakten gebruik van triazacoroneen, dat een chemische structuur had die lijkt op grafeen, en introduceerden omvangrijke, hangende functionele groepen in de periferie ervan.

Door sterische hinder van deze aanhangende groepen te introduceren, onderdrukte het team met succes de stapeling van tweedimensionale polymeertussenproducten tijdens de polymerisatie van triazacoroneenmonomeren. Dit leidde tot een verhoogde oplosbaarheid van de tussenproducten en vergemakkelijkte de synthese van tweedimensionale polymeren met een hogere polymerisatiegraad en minder defecten, wat resulteerde in een uitstekende elektrische geleidbaarheid na dotering van het p-type.

Opmerkelijk genoeg bleek uit magnetotransportmetingen dat coherent transport met meerdere dragers met eindige n-type dragers een uitzonderlijk hoge mobiliteit over 3200 cm ² laat zien. V ⁻¹ s ⁻¹ en een lange fasecoherentielengte van meer dan 100 nm, in schril contrast met het transport van gatendragers met 25.000 keer lagere mobiliteit bij lage temperaturen. Deze dramatische ongelijkheid tussen het transport van elektronen en gatendragers wordt toegeschreven aan ruimtelijk gescheiden elektronische toestanden nabij het Fermi-niveau, dat bestaat uit dispersieve en platte banden.

Professor Kimoon Kim van POSTECH drukte het belang van het onderzoek uit door te zeggen:"We hebben een doorbraak bereikt in het aanpakken van de lage elektronenmobiliteit, een grote uitdaging in organische halfgeleiders, en in het beheersen van de geleidingsroutes voor elektronen en gaten op moleculair niveau. "

"Dit onderzoek werpt licht op het verbeteren van de materiaalprestaties in verschillende industriële toepassingen, waaronder batterijen en katalysatoren."

Meer informatie: Yeonsang Lee et al., Observatie van ultrasnelle elektronen in hangende ingebedde geleidende tweedimensionale polymeren, Chem (2024). DOI:10.1016/j.chempr.2023.12.007

Journaalinformatie: Chem

Aangeboden door Pohang Universiteit voor Wetenschap en Technologie