Uma equipe de cientistas da Universidade Federal da Sibéria (SibFU), junto com colegas estrangeiros, descreveu as propriedades estruturais e físicas de um grupo de materiais bidimensionais baseados em moléculas policíclicas chamadas circulenos. A possibilidade de design flexível e propriedades variáveis ​​desses materiais os tornam adequados para nanoeletrônica. Os resultados são publicados no Journal of Physical Chemistry C .

Circulenos são moléculas orgânicas que consistem em vários ciclos de hidrocarbonetos formando uma estrutura semelhante a uma flor. Sua alta estabilidade, simetricidade, e as propriedades ópticas os tornam de interesse especial para nanoeletrônica, especialmente para células solares e LEDs orgânicos. A molécula de tetraoxa [8] circulene mais estável e mais estudada poderia ser potencialmente polimerizada em nanofitas e folhas semelhantes ao grafeno. Os autores publicaram os resultados das simulações que comprovam essa possibilidade. Eles também descreveram propriedades e estrutura dos materiais propostos.

"Com apenas um bloco de construção - uma molécula de tetraoxa [8] circuleno - podemos criar um material com propriedades semelhantes às do silício (um semicondutor tradicionalmente usado em eletrônica) ou grafeno (um semimetal) dependendo dos parâmetros de síntese. No entanto, os materiais propostos apresentam algumas vantagens. A mobilidade do portador de carga é cerca de 10 vezes maior em comparação com o silício, Portanto, pode-se esperar maior condutividade, "afirma o principal autor do estudo Artem Kuklin, pesquisador associado do departamento de física teórica da Universidade Federal da Sibéria.

Depois de determinar as geometrias de equilíbrio e testar sua estabilidade, os cientistas descobriram vários polímeros baseados em circulene tetraoxa [8] estáveis. A diferença entre eles estava no tipo de acoplamento entre as moléculas, o que resultou em propriedades diferentes. Os polímeros demonstram mobilidade de portadores de alta carga. Essa propriedade foi analisada pelo ajuste de zonas de energia próximas ao bandgap - um parâmetro representado pela separação dos estados eletrônicos vazio e ocupado. As propriedades mecânicas demonstram que os novos materiais são 1,5 a três vezes mais extensíveis do que o grafeno. Os autores também relatam os estados topológicos em um dos polímeros causados ​​pelo acoplamento spin-órbita, o que não é típico para materiais baseados em elementos leves. Os materiais são isolantes a granel, mas pode conduzir eletricidade na superfície (bordas).

"As nanoestruturas propostas possuem propriedades úteis e podem ser utilizadas na produção de peneiras iônicas e para elementos de dispositivos nanoeletrônicos. Além disso, planejamos modificar nossos compostos com adátomos de metal para estudar suas propriedades magnéticas e catalíticas. Também gostaríamos de encontrar um grupo de pesquisa que pudesse sintetizar esses materiais, "conclui Artem Kuklin.