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(noticias nanowerk) Los profesores Kimoon Kim y Ji Hoon Shim junto con el Dr. Yeonsang Lee del Departamento de Química de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) y el profesor Jun Sung Kim del Departamento de Física de POSTECH y el Centro de Sistemas Electrónicos Artificiales de Bajas Dimensiones de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH). El Instituto de Ciencias Básicas ha desarrollado polímeros bidimensionales conductores que tienen una movilidad electrónica comparable a la del grafeno.
Su investigación fue presentada en química (“Observación de electrones ultrarrápidos en polímeros bidimensionales conductores incrustados suspendidos”).
El grafeno tiene una movilidad de electrones 140 veces más rápida que el silicio y 200 veces más fuerte que el acero. Sin embargo, la falta de banda prohibida, fundamental para regular la corriente eléctrica, impide su uso como semiconductor. Los investigadores han estado explorando activamente varios enfoques para desarrollar un semiconductor que tenga las extraordinarias propiedades del grafeno.
Un enfoque prometedor es el desarrollo de polímeros conductores. Los investigadores están explorando polímeros conductores con una estructura aromática fusionada que imitan la estructura química del grafeno, con el objetivo de lograr propiedades extraordinarias. Sin embargo, surgen desafíos durante la síntesis porque las capas intermedias entre los intermediarios de crecimiento dificultan el crecimiento adecuado del polímero.
En esta investigación, el equipo utilizó triazacorona, que tiene una estructura química similar a la del grafeno, e introdujo grupos funcionales laterales voluminosos en su periferia.
Al introducir impedimento estérico a través de estos grupos colgantes, el equipo pudo suprimir con éxito el apilamiento de polímeros intermedios bidimensionales durante la polimerización de monómeros de triazacorona. Esto dio como resultado una mayor solubilidad de los intermedios y facilitó la síntesis de polímeros bidimensionales con mayor grado de polimerización y menos defectos, lo que resultó en una excelente conductividad eléctrica después del dopaje tipo p.
Sorprendentemente, las mediciones de magnetotransporte mostraron que el transporte multiportador coherente con portadores finitos de tipo n exhibe una movilidad excepcionalmente alta a más de 3200 cm.2 v−1 S−1 y una longitud de coherencia de fase larga de más de 100 nm, en marcado contraste con el transporte por portadores de agujeros con una movilidad 25.000 veces menor a bajas temperaturas.
Esta dramática disparidad entre el transporte de electrones y portadores de huecos se atribuye a estados electrónicos espacialmente separados cerca del nivel de Fermi, que consiste en bandas dispersivas y planas.
El profesor Kimoon Kim de POSTECH expresó la importancia de la investigación diciendo: «Hemos logrado un gran avance al abordar la baja movilidad de los electrones, un desafío importante en los semiconductores orgánicos, y en el control de las vías de conducción de electrones y huecos a nivel molecular». «Esta investigación arroja luz sobre la mejora del rendimiento de los materiales en diversas aplicaciones industriales, incluidas baterías y catalizadores».
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