研究人員在開發新型聚合物半導體時發現了意想不到的變化

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的化學家領導的一項新研究為半導體材料的開發帶來了新的見解，這種材料可以做到傳統硅材料無法做到的事情——利用手性的力量，這是一種不可疊加的鏡像。

手性是大自然用來構建復雜結構的策略之一，DNA 雙螺旋也許是最受認可的例子——兩條分子鏈通過分子“主鏈”連接并向右扭曲。

在自然界中，手性分子（如蛋白質）通過選擇性地傳輸相同自旋方向的電子來非常有效地輸送電力。

幾十年來，研究人員一直致力于在合成分子中模仿自然的手性。 由化學和生物分子化學教授 Ying Diao 領導的一項新研究，研究了對稱為 DPP-T4 的非手性聚合物的各種修飾如何在聚合物基半導體材料中形成手性螺旋結構。

潛在的應用包括像葉子一樣工作的太陽能電池、使用電子量子態更有效地計算的計算機以及捕獲三維信息而不是二維信息的新成像技術等等。

研究結果發表在《ACS Central Science》雜志上。

“我們一開始認為，對 DPP-T4 分子的結構進行微小的調整——通過添加或改變連接到主鏈的原子來實現——將改變結構的扭轉或扭曲，并誘導手性，”刁說。 “然而，我們很快發現事情并沒有那么簡單。”

利用 X 射線散射和想象，研究小組發現他們的“輕微調整”引起了材料相的重大變化。

“我們觀察到的是一種金發姑娘效應，”刁說。 “通常情況下，分子像絞合線一樣組裝，但突然間，當我們將分子扭轉到臨界扭矩時，它們開始組裝成平板或片材形式的新中間相。通過測試來了解這些結構的彎曲程度 偏振光——手性測試——我們驚訝地發現這些片材也可以扭曲成粘性手性結構。”

該團隊的發現闡明了這樣一個事實：并非所有聚合物在進行調整以模仿手性結構中的有效電子傳輸時都會表現相似。 該研究報告說，不要忽視形成的復雜中間相結構，以發現未知的相，這些相可以帶來以前無法想象的光學、電子和機械性能，這一點至關重要。