开发具有超快电子的有机半导体

科学家们已经创造出导电二维聚合物，其电子迁移率可与石墨烯相媲美。他们的研究成果发表在《化学》在线版上。

石墨烯被称为“梦想材料”，其电子迁移率比硅快 140 倍，强度是钢的 200 倍。然而，它缺乏调节电流所必需的带隙，这阻碍了它作为半导体的应用。研究人员一直在积极探索各种方法来开发显示石墨烯卓越性能的半导体。

一种有前途的方法是开发导电聚合物。研究人员正在探索具有稠合芳香族主链的导电聚合物，模仿石墨烯的化学结构，旨在获得卓越的性能。然而，由于生长中间体之间的层间堆积，合成过程中出现了挑战，阻碍了聚合物的适当生长。

在这项研究中，团队成员包括浦项科技大学(POSTECH)化学系的 Kimoon Kim 教授和 Ji Hoon Shim 教授、Yeonsang Lee 博士以及浦项科技大学物理系和人工智能中心的 Jun Sung Kim 教授。基础科学研究所的低维电子系统利用具有与石墨烯相似的化学结构的三氮杂苯，并在其外围引入了庞大的悬垂官能团。

通过引入这些侧基的空间位阻，该团队成功抑制了三氮杂苯单体聚合过程中二维聚合物中间体的堆积。这导致中间体的溶解度增加，并有利于合成具有更高聚合度和更少缺陷的二维聚合物，从而在p型掺杂后产生出色的导电性。

值得注意的是，磁传输测量表明，有限 n 型载流子的相干多载流子传输表现出超过 3,200 cm 2V-1s-1的极高迁移率和超过 100 nm 的长相位相干长度，与 25,000 的空穴载流子传输形成鲜明对比低温下流动性降低一倍。电子和空穴载流子传输之间的这种巨大差异归因于费米能级附近空间分离的电子态，其由色散和平带组成。

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