Eine neue chemische Reaktion auf der Oberfläche ermöglicht das Auftreten von Solitonen in π-konjugierten Polymeren. Die als Indenylkupplung bezeichnete Reaktion zeigt, dass strukturelle Parität das Auftreten von Solitonen in ungeradzahligen π-konjugierten Polymeren steuert. Die Ergebnisse sind eine Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern von IMDEA Nanociencia, CiQUS (Spanien) und der Tschechischen Akademie der Wissenschaften.
Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Tagebuch Natursynthese.
π-konjugierte Polymere sind eine Klasse von Makromolekülen, die einen Wechsel von Einfach- und Doppelbindungen entlang ihres Rückgrats aufweisen, was delokalisierte π-Elektronen ermöglicht. Ihre einzigartige elektronische Struktur macht sie hochleitfähig und sehr attraktiv für Anwendungen wie Solarzellen oder Leuchtdioden.
Um ihre elektronischen Eigenschaften zu verbessern, werden π-konjugierte Polymere häufig dotiert. Allerdings leidet die Struktur und Stabilität des Polymers.
In ihrer Studie führten die Forscher eine chemische Reaktion, die sogenannte Indenylkupplung, ein, um hochleitfähige Polymere zu entwickeln. Sie demonstrierten die Möglichkeit, indanbasierte Monomere auf äußerst selektive und effiziente Weise auf einer metallischen Oberfläche zu binden und so die Entwicklung π-konjugierter Polymere zu ermöglichen.
Bemerkenswerterweise nutzten die Forscher die strukturelle Parität der Polymere, um die Entstehung von Solitonzuständen innerhalb der Lücke zu ermöglichen, die sich räumlich über mehrere Nanometer entlang des Längsrückgrats erstrecken.
Die Ergebnisse beantworten eine grundlegende Frage der Materialwissenschaften: Ist es möglich, potenziell hochleitende Polymere experimentell zu synthetisieren, ohne dass eine externe Dotierung erforderlich ist?
Die Autoren zeigen anhand von Rastersondenmikroskopie-Experimenten, dass theoretisch vorhergesagte Konzepte der Strukturparität ein wesentlicher zu berücksichtigender Faktor beim Entwurf maßgeschneiderter Nanomaterialien sein können, die topologische Quasiteilchen beherbergen. Dieser Ansatz könnte zu effizienteren, kostengünstigeren und nachhaltigeren elektronischen Geräten mit 1D-Drähten führen.
Weitere Informationen:
Kalyan Biswas et al., Entwurf hochdelokalisierter Solitonen durch Nutzung der strukturellen Parität π-konjugierter Polymere, Natursynthese (2024). DOI: 10.1038/s44160-024-00665-8