Voeg een wending toe aan π-moleculen: een nieuwe ontwerpstrategie voor organische halfgeleidermaterialen

Een onderzoeksteam heeft driedimensionaal gevormde moleculen die een interne wending bevatten gesynthetiseerd en aangetoond dat ze de eigenschappen van organische halfgeleiders bezitten. Door methylgroepen te introduceren in een vlak molecuul dat verschillende thiofeen-eenheden bevat en het in een gedraaide conformatie te dwingen, creëerde het team een ​​structuur van vaste toestand waarin elektriciteit driedimensionaal kan stromen.

Het molecuul werd geverifieerd om te fungeren als een organische halfgeleider in een organische veldeffecttransistor, waarbij de weg werd vrijgemaakt voor elektronische apparaten van de volgende generatie.

De resultaten waren gepubliceerd Online in Chemische communicatie.

Elektronische apparaten op basis van organische materialen zijn lichtgewicht, flexibel en kunnen een breed scala aan eigenschappen vertonen door subtiele veranderingen in de moleculaire structuur, waardoor ze veelbelovende milieuvriendelijke apparaten van de volgende generatie zijn. De meeste organische elektronische materialen die tot nu toe zijn ontwikkeld, zijn gemaakt van vlakke moleculen, dus laadtransport is beperkt tot beperkte richtingen; Als gevolg hiervan vereisen apparaten een strikte controle van de moleculaire oriëntatie.

Het team, geleid door universitair hoofddocent Yasushi Segawa, afgestudeerde studenten Mai Nagase (ten tijde van het onderzoek) en Rui Yoshida, en technisch medewerker Sachiko Nakano van het Institute for Molecular Science (IMS) en Sandendai (de Graduate University for Advanced Studies), samen met geavanceerde studies), samen met geavanceerde studies). Moleculen kunnen een nieuwe materiaalarchitectuur opleveren waarin ladingsdragers gemakkelijk in drie dimensies bewegen.

De onderzoekers bevestigden methylgroepen aan moleculen die meerdere thiofeen -eenheden bevatten, waardoor gedraaide moleculen worden gesynthetiseerd.

Röntgenkristallografie bevestigde de gedraaide geometrie en onthulde dat de moleculen in de vaste toestand op een driedimensionale manier stapelen. Computationele analyse van ladingstransportpaden voorspelde een geaggregeerde structuur waarin gaten in verschillende richtingen kunnen migreren.

Toen het molecuul werd gefabriceerd in een organische veldeffecttransistor, vertoonde het een gatmobiliteit van 1,85 x 10^-4 cm² V^-1 S^-1experimenteel bevestigend zijn gedrag als een organische halfgeleider.

Dit werk biedt een nieuw perspectief op het ontwerpen van organische elektronische materialen: naast platte moleculen kunnen gedraaide moleculen ook worden benut. De strategie kan het langdurige probleem van oriëntatiecontrole in apparaten oplossen. De bevindingen zullen naar verwachting de ontwikkeling stimuleren van hogere performance organische halfgeleiders die dergelijke driedimensionale moleculaire architecturen gebruiken.