Учёные совершили прорыв в области проводящих полимеров, создав «невозможный» двумерный кристалл с металлической проводимостью

Международная команда учёных успешно создала многоуровневый двумерный кристалл полианилина (2DPANI). Это достижение открывает новые перспективы в области проводящих полимеров.

Полианилин, наряду с такими проводящими полимерами, как политиофен и полипиррол, давно привлекает исследователей благодаря своей электропроводности. Эти материалы обладают большим потенциалом как недорогая, лёгкая и гибкая альтернатива традиционным полупроводникам и металлам. Однако до недавнего времени существовала существенная проблема обеспечения эффективной передачи заряда, особенно между полимерными цепями, что значительно ограничивало использование проводящих полимеров на практике.

Ученые из Нинбоского института технологий и инженерии материалов (NIMTE) Китайской академии наук (CAS), Дрезденского технического университета, Института микроструктурной физики Макса Планка и CIC nanoGUNE BRTA решили эту задачу, разработав кристалл 2DPANI. Они применили метод двумерной полимеризации анилина с использованием топологии, используя монослой анионного поверхностно-активного вещества на поверхности воды.

Синтезированный кристалл 2DPANI обладает впечатляющими характеристиками: его размер составляет 130-160 квадратных микрометров (мкм²), а толщина варьируется от десятков до сотен нанометров. Особенностью данного кристалла является наличие колонновидных π-массивов с межслойным расстоянием 3,59 ангстрем (Å) и ромбоэдрической решётка, созданной переплетёнными цепями полианилина. Такая структура обеспечивает сильное внутриплоскостное сопряжение и межслойную электронную взаимосвязь, что было подтверждено электронным спиновым резонансом и вычислениями с первого принципа.

Новый проводящий полимер продемонстрировал проводимость друдовского типа (модель, описывающая электронную проводимость в металлах в определённых частотных диапазонах и объясняющая разнообразные электрические и оптические свойства металлических проводников) с экстраполированной проводимостью постоянного тока около 200 См/см. Также был выявлен анизотропный перенос заряда (свойство, при котором проводимость материала зависит от направления тока, играющее важную роль в современном электронном оборудовании): проводимость вне плоскости составляет около 7 См/см, а в плоскости — 16 См/см. Примечательно, что вертикальные устройства показали увеличение проводимости при понижении температуры, что характерно для металлического переноса заряда вне плоскости.

Эти открытия решают проблему ограниченного переноса заряда, вызванного недостаточным структурным порядком и электронами взаимодействиями, и также предоставляют представление о трёхмерной металлической проводимости, открывая новые горизонты для разработки электродов, экранирования электромагнитных полей и создания сенсоров.

Источник: iXBT