Cientistas da NUS relataram em Natureza a descoberta de doadores universais de elétrons latentes a partir de ânions comuns, como oxalato, que pode transferir elétrons para semicondutores orgânicos, realizando o sonho de alcançar camadas de injeção de elétrons com funções de trabalho ultrabaixo que ainda podem ser processadas a partir da solução no ambiente. Espera-se que isso abra muitas novas possibilidades, não apenas para eletrônicos orgânicos, mas também outros semicondutores avançados, incluindo pontos quânticos, nanofios, materiais bidimensionais (2-D), e perovskitas.

A função de trabalho de um material é a quantidade mínima de energia necessária para remover o elétron menos fortemente ligado ao vácuo. Isso determina a capacidade desse material de injetar elétrons em um semicondutor. Camadas de injeção de elétrons requerem uma função de trabalho suficientemente baixa, de preferência muito menor do que 4 elétron-volts, para injetar com eficiência (e coletar) elétrons de muitos novos semicondutores. No entanto, isso normalmente requer a evaporação de filmes finos de metais reativos em condições de vácuo, que limita a arquitetura do dispositivo, processabilidade, e capacidade de fabricação. Os materiais de função de trabalho ultrabaixo se degradam pela exposição ao ar.

Agora, a equipe de química liderada pelo Prof Lay-Lay CHUA, e equipes de Física lideradas pelo Dr. Rui-Qi PNG e Prof Peter HO, do Laboratório de Nano Dispositivos Orgânicos, NUS demonstraram que ânions multivalentes, como oxalato, carbonato e sulfito, podem atuar como poderosos doadores de elétrons latentes, quando eles são dispersos como pequenos aglomerados de íons em uma matriz de polímero de polieletrólitos conjugados adequados. Polieletrólitos conjugados são polímeros com grupos laterais iônicos e elétrons deslocalizados no backbone. Crucialmente, a mistura pode ser processada a partir da solução ao ar, e o ânion transfere elétrons espontaneamente para o polímero hospedeiro somente após a secagem, assim, protegendo acidentalmente o material da degradação atmosférica. Com o hospedeiro polieletrólito apropriado, funções de trabalho tão baixas quanto 2,4 elétron-volts foram alcançadas, superando o enigma de longa data para casar materiais de função de trabalho ultrabaixo com processamento de solução. A equipe de pesquisa demonstrou a versatilidade dessa descoberta ao fazer uma variedade de diodos emissores de luz branca de alto desempenho e células solares orgânicas usando camadas de injeção de elétrons processadas em solução.

"Ao contrário dos dopantes precursores, esses ânions não requerem transformação química para se tornarem ativos, "Dr. Png explicou." Eles funcionam porque a repulsão entre os elétrons nesses ânions faz com que seu nível de doador de elétrons permaneça alto, mesmo no estado sólido, quando eles ficam desidratados. Juntamente com o design cuidadoso do hospedeiro polieletrólito, podemos alcançar materiais de função de trabalho ultrabaixo que antes não pensávamos possíveis. "

Prof Chua disse, “Este trabalho se estende, e aproveita, a plataforma de polímero dopada com carga autocompensada que criamos há três anos. "Ela acrescentou:"Foi uma surpresa agradável da natureza que ânions tão simples possam ser aproveitados para realizar o que tem sido o Santo Graal deste campo nas últimas duas décadas."

As equipes estão trabalhando atualmente com parceiros da indústria e acadêmicos para estender a abordagem a outros tipos de dispositivos, e para estabelecer a tecnologia.