Les scientifiques ont créé des polymères conducteurs bidimensionnels présentant une mobilité électronique comparable au graphène. Leurs recherches ont été présentées dans l'édition en ligne de Chem .
Le graphène, appelé « matériau de rêve », présente une mobilité électronique 140 fois plus rapide que le silicium et une résistance 200 fois supérieure à celle de l'acier. Cependant, l’absence de bande interdite, essentielle à la régulation du courant électrique, empêche son utilisation comme semi-conducteur. Les chercheurs explorent activement diverses approches pour développer un semi-conducteur présentant les propriétés exceptionnelles du graphène.
Une approche prometteuse est le développement de polymères conducteurs. Les chercheurs explorent des polymères conducteurs dotés d’un squelette aromatique fusionné, imitant la structure chimique du graphène, dans le but d’atteindre des propriétés exceptionnelles. Pourtant, des défis surviennent lors de la synthèse en raison de l'empilement des couches intermédiaires entre les intermédiaires de croissance, ce qui entrave la bonne croissance du polymère.
Dans cette recherche, l'équipe composée des professeurs Kimoon Kim et Ji Hoon Shim, du Dr Yeonsang Lee du Département de chimie de l'Université des sciences et technologies de Pohang (POSTECH) et du professeur Jun Sung Kim du Département de physique de POSTECH et du Centre de recherche artificielle Les systèmes électroniques de basse dimension de l'Institut des sciences fondamentales ont utilisé du triazacoronène, possédant une structure chimique similaire au graphène, et ont introduit des groupes fonctionnels pendants volumineux à sa périphérie.
En introduisant un obstacle stérique provenant de ces groupes pendants, l’équipe a réussi à supprimer l’empilement d’intermédiaires polymères bidimensionnels lors de la polymérisation des monomères triazacoronène. Cela a conduit à une solubilité accrue des intermédiaires et a facilité la synthèse de polymères bidimensionnels avec un degré de polymérisation plus élevé et moins de défauts, résultant en une conductivité électrique exceptionnelle après dopage de type p.
Remarquablement, les mesures de magnétotransport ont révélé que le transport cohérent multi-porteurs avec des porteurs finis de type N présente une mobilité exceptionnellement élevée sur 3 200 cm 2 . V −1 s −1 et une longueur de cohérence de phase longue dépassant 100 nm, ce qui contraste fortement avec le transport par porteur de trous avec une mobilité 25 000 fois inférieure à basses températures. Cette disparité spectaculaire entre le transport des électrons et celui des porteurs de trous est attribuée à des états électroniques spatialement séparés proches du niveau de Fermi, qui sont constitués de bandes dispersives et plates.
Le professeur Kimoon Kim de POSTECH a exprimé l'importance de la recherche en déclarant :« Nous avons réalisé une percée dans la résolution de la faible mobilité électronique, un défi majeur dans les semi-conducteurs organiques, et dans le contrôle des voies de conduction des électrons et des trous au niveau moléculaire. "
"Cette recherche a mis en lumière l'amélioration des performances des matériaux dans diverses applications industrielles, notamment les batteries et les catalyseurs."
Plus d'informations : Yeonsang Lee et al, Observation d'électrons ultrarapides dans des polymères bidimensionnels conducteurs intégrés pendants, Chem (2024). DOI :10.1016/j.chempr.2023.12.007
Informations sur le journal : Chimie
Fourni par l'Université des sciences et technologies de Pohang
