研究人员在开发新型聚合物半导体时发现了意想不到的变化

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的化学家领导的一项新研究为半导体材料的开发带来了新的见解，这种材料可以做到传统硅材料无法做到的事情——利用手性的力量，这是一种不可叠加的镜像。

手性是大自然用来构建复杂结构的策略之一，DNA 双螺旋也许是最受认可的例子——两条分子链通过分子“主链”连接并向右扭曲。

在自然界中，手性分子（如蛋白质）通过选择性地传输相同自旋方向的电子来非常有效地输送电力。

几十年来，研究人员一直致力于在合成分子中模仿自然的手性。 由化学和生物分子化学教授 Ying Diao 领导的一项新研究，研究了对称为 DPP-T4 的非手性聚合物的各种修饰如何在聚合物基半导体材料中形成手性螺旋结构。

潜在的应用包括像叶子一样工作的太阳能电池、使用电子量子态更有效地计算的计算机以及捕获三维信息而不是二维信息的新成像技术等等。

研究结果发表在《ACS Central Science》杂志上。

“我们一开始认为，对 DPP-T4 分子的结构进行微小的调整——通过添加或改变连接到主链的原子来实现——将改变结构的扭转或扭曲，并诱导手性，”刁说。 “然而，我们很快发现事情并没有那么简单。”

利用 X 射线散射和想象，研究小组发现他们的“轻微调整”引起了材料相的重大变化。

“我们观察到的是一种金发姑娘效应，”刁说。 “通常情况下，分子像绞合线一样组装，但突然间，当我们将分子扭转到临界扭矩时，它们开始组装成平板或片材形式的新中间相。通过测试来了解这些结构的弯曲程度 偏振光——手性测试——我们惊讶地发现这些片材也可以扭曲成粘性手性结构。”

该团队的发现阐明了这样一个事实：并非所有聚合物在进行调整以模仿手性结构中的有效电子传输时都会表现相似。 该研究报告说，不要忽视形成的复杂中间相结构，以发现未知的相，这些相可以带来以前无法想象的光学、电子和机械性能，这一点至关重要。