p Uma equipe de pesquisadores da Rússia, Alemanha, e França, apresentando cientistas de materiais do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou, investigou como as propriedades elétricas de filmes finos de dihexil-quarto tiofeno dependem de sua estrutura. Este material é um semicondutor orgânico com perspectivas para a eletrônica flexível. p Uma vez que os filmes finos passam por uma transição do estado de cristal para o estado de cristal líquido, eles perdem parte de sua condutividade elétrica. A equipe também descobriu uma "terceira fase" que não ocorre no material a granel e corresponde a uma camada monomolecular do semicondutor. Essa estrutura pode ser favorável para o transporte de carga entre os filmes, com implicações potenciais para o design microeletrônico. Os resultados da pesquisa foram publicados em Cartas de pesquisa em nanoescala .

p Os oligotiofenos são semicondutores orgânicos promissores. Suas moléculas em forma de bastão podem se orientar na superfície em que foram depositadas, acumulando ciclos de hidrocarbonetos contendo um átomo de enxofre conhecido como tiofenos, como pilhas de moedas. As "pontas das moedas" nas pilhas vizinhas formam um padrão em espinha. Este arranjo molecular permite a transferência de carga de uma molécula para outra.

p Conforme o número de tiofenos na molécula aumenta, o mesmo acontece com a condutividade elétrica, às custas da solubilidade do composto. O número ideal dessas chamadas frações tiofeno é quatro. Para aumentar a solubilidade, Os fragmentos hexil são enxertados nas extremidades do fragmento molecular conjugado (fig. 1).

p Os pesquisadores dissolveram e evaporaram o dihexil-quarto tiofeno (DH4T) em um reator a vácuo e depositaram o material como filmes finos em um substrato de silício. Eles passaram a estudar a estrutura cristalina das amostras usando difração de raios-X de incidência rasante. Esta técnica envolve a exposição de um filme a raios-X em um ângulo de visão muito pequeno para maximizar a distância que o feixe de raios-X viaja no filme, passando por inúmeras reflexões. De outra forma, o sinal do filme fino seria muito fraco para ser distinguido do sinal do substrato. As medidas de difração permitiram à equipe identificar o arranjo molecular do material depositado no substrato.

p Inicialmente, DH4T era altamente cristalino. Suas moléculas formaram um padrão em espinha e foram posicionadas quase perpendiculares ao substrato. Contudo, uma vez aquecido a 85 graus Celsius, o material passou por uma transição de fase:o arranjo molecular mudou, formando uma fase de cristal líquido, e a condutividade elétrica dos filmes caiu.

p A amostra foi ainda aquecida a 130 C e subsequentemente resfriada à temperatura ambiente. Isso restaurou parcialmente a cristalinidade do material, e, portanto, condutividade.

p Durante o aquecimento, uma terceira estrutura emergiu no perfil de difração de raios-X, indicado por máximos de difração fraca não correspondendo à fase de cristal líquido. Pesquisas anteriores correlacionaram tais máximos com monocamadas de compostos como DH4T. Interessantemente, esta "terceira fase" também foi observada a 70 C.

p A estrutura da monocamada descoberta pela equipe é favorável ao transporte de carga ao longo do plano do filme, tornando-o significativo para aplicações eletrônicas flexíveis. Além disso, a fase recentemente observada também pode ocorrer em filmes finos de outros compostos cuja estrutura é semelhante à do DH4T. Esses materiais são usados ​​em microeletrônica. Uma vez que a carga é predominantemente transferida em uma camada muito fina perto do substrato, as descobertas dos pesquisadores apontam para a necessidade de considerar como a nanoestrutura do material afeta sua condutividade.

p O professor Dimitri Ivanov chefia o Laboratório de Materiais Orgânicos Funcionais e Híbridos do MIPT e também é o diretor de pesquisa do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica (CNRS). Ele é coautor do estudo relatado nesta história e comentou sobre suas descobertas:"Usando métodos in situ, como análise estrutural, e, ao mesmo tempo, medir as propriedades elétricas da amostra nos permite obter insights sobre a natureza das transições de fase complexas no material e avaliar seu potencial para aplicações práticas em eletrônica orgânica. "