Ученые изучили поведение электронов в цепных молекулах

Изображение цепочки полимера, полученное различными методиками.

Полупроводниковые пи-сопряженные полимеры благодаря их легко перестраиваемым электрическим, оптическим и магнитным свойствам являются перспективными материалами для таких практических приложений, как светоизлучающие диоды, полевые транзисторы, а также в сегментах солнечной энергетики и создания оптоэлектронных устройств. В своей последней работе группа ученых из США предложила новый способ производства подобных полимеров, а также проанализировала отдельные олигомерные цепочки с использованием передовых технологий сканирующей зондовой микроскопии.

Исследования показали, что олигомерные цепи полимеров дают возможность по-новому взглянуть на связь между химической структурой и электронными свойствам цепных молекул. Ученые уверены, что их работа в перспективе поможет в разработке устройств на основе электропроводящих полимеров с заданными электронными свойствами. Кроме того, предложенная методика производства потенциально может быть перенесена на новые графеновые наноструктуры (на подложках из изолятора).

В рамках своей работы группа ученых из University of California и Lawrence Berkeley National Laboratory (США) создавала отдельные олигомерные цепи полимеров с помощью нагревания прекурсора (энедиина), за которым следовала радикальная полимеризация.

Надо отметить, что подобная реакция для производства размещенных на поверхности производных полиацетилена использовалась впервые. Далее ученые использовали методики сканирующей туннельной микроскопии и бесконтактной атомно-силовой микроскопии для подробного изучения полученного полупроводникового полимера.

Обе методики основаны на использовании очень острого зонда или металлического наконечника, который подводится непосредственно к образцу (на расстояние менее нескольких атомных диаметров).

С помощью сканирующего туннельного микроскопа, измеряя квантово-механический туннельный ток между зондом и образцом, ученые смогли получить информацию об электронных состояниях полимера.

В свою очередь бесконтактная атомно-силовая микроскопия была использована для непосредственного отображения химической структуры молекул на поверхности образца. Правда, чтобы обе методики работали должным образом, необходимо было их немного скорректировать, в частности, использовать модифицированные зонды, а также контролировать дополнительные параметры, к примеру, расстояние между зондом и образцом.

Благодаря этим ухищрениям ученым удалось получить детальную картину процесса образования полимерных цепей. Они смогли наблюдать электронные состояния, возникающие в олигомерных цепях; кроме того, определили, что энергия этих состояний коррелирует с длиной цепи.

Как поясняют исследователи,

упомянутые выше низкоэнергетические электронные состояния формируются благодаря эффективному перекрытию пи-орбиталей мономерных строительных блоков. Соответственно, повышение пространственной делокализации тесно связано с уменьшением электронной энергии олигомеров, что было также подтверждено теоретическим моделированием.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.

В ближайшем будущем группа ученых планирует аналогичным образом наблюдать за синтезом графеновых нанолент на подложках из изолятора (в ходе синтеза планируется применять схожий производственный процесс).

Графеновые наноленты, по мнению исследователей, – это уникальные структуры, которые изменяют свои свойства от полуметаллических до полупроводниковых, по мере того как их ширина уменьшается.

Подробные исследования их синтеза, как ожидается, должны продемонстрировать множество интересных и технологически полезных особенностей. В перспективе эти особенности могут использоваться в высокоэффективных наноэлектронных устройствах, таких как высокочастотные транзисторы и датчики. Кроме того, они могут быть идеальными соединительными элементами в наноэлектронных схемах.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (7 votes)
Источник(и):

1. sci-lib.com

2. nanotechweb.org