Um novo estudo liderado por químicos da Universidade de Illinois Urbana-Champaign traz uma nova visão sobre o desenvolvimento de materiais semicondutores que podem fazer coisas que seus equivalentes tradicionais de silício não conseguem:aproveitar o poder da quiralidade, uma imagem espelhada não sobreponível.



A quiralidade é uma das estratégias da natureza usadas para construir complexidade em estruturas, sendo a dupla hélice do DNA talvez o exemplo mais reconhecido - duas cadeias de moléculas conectadas por uma "espinha dorsal" molecular e torcidas para a direita.

Na natureza, as moléculas quirais, como as proteínas, canalizam a eletricidade de maneira muito eficiente, transportando seletivamente elétrons na mesma direção de spin.

Os pesquisadores trabalham há décadas para imitar a quiralidade da natureza em moléculas sintéticas. Um novo estudo, liderado pelo professor de química e biomolecular Ying Diao, investiga quão bem várias modificações em um polímero não quiral chamado DPP-T4 podem ser usadas para formar estruturas helicoidais quirais em materiais semicondutores à base de polímeros.

As aplicações potenciais incluem células solares que funcionam como folhas, computadores que usam estados quânticos de elétrons para calcular de forma mais eficiente e novas técnicas de imagem que capturam informações tridimensionais em vez de 2D, para citar alguns.

Os resultados do estudo são relatados na revista ACS Central Science .

"Começamos pensando que fazer pequenos ajustes na estrutura da molécula DPP-T4 - conseguidos adicionando ou alterando os átomos conectados à espinha dorsal - alteraria a torção, ou torção da estrutura, e induziria a quiralidade", disse Diao. "No entanto, descobrimos rapidamente que as coisas não eram tão simples."

Usando espalhamento de raios X e imaginação, a equipe descobriu que seus “leves ajustes” causaram grandes mudanças nas fases do material.

“O que observamos é uma espécie de efeito Cachinhos Dourados”, disse Diao. "Normalmente, as moléculas se agrupam como um fio torcido, mas de repente, quando torcemos a molécula até uma torção crítica, elas começam a se agrupar em novas mesofases na forma de placas ou folhas planas. Testando para ver quão bem essas estruturas poderiam dobrar luz polarizada - um teste de quiralidade - ficamos surpresos ao descobrir que as folhas também podem se torcer em estruturas quirais coesas."

As descobertas da equipe iluminam o fato de que nem todos os polímeros se comportarão de maneira semelhante quando ajustados em um esforço para imitar o transporte eficiente de elétrons em estruturas quirais. O estudo relata que é fundamental não ignorar as complexas estruturas de mesofase formadas para descobrir fases desconhecidas que podem levar a propriedades ópticas, eletrônicas e mecânicas nunca antes imaginadas.

Mais informações: Kyung Sun Park et al, Mudanças moleculares sutis modulam amplamente conjuntos helicoidais quirais de polímeros conjugados aquirais ajustando a agregação de estado de solução, ACS Central Science (2023). DOI:10.1021/acscentsci.3c00775
Informações do diário: Ciência Central ACS

Fornecido pela Universidade de Illinois em Urbana-Champaign