有種材料是一種有機(jī)半導(dǎo)體，具有應(yīng)用前景，一旦薄膜從晶體過渡到液晶狀態(tài)，它們就會(huì)失去一些導(dǎo)電性。研究小組還發(fā)現(xiàn)了一種“第三相”，它不發(fā)生在塊狀材料中，與半導(dǎo)體的單分子層相對(duì)應(yīng)。

這種結(jié)構(gòu)有利于電荷在薄膜間的傳輸，對(duì)微電子設(shè)計(jì)具有潛在的意義，其研究結(jié)果發(fā)表在《納米研究快報(bào)》上。寡噻吩是很有前途的有機(jī)半導(dǎo)體，棒狀分子可以在沉積的表面定向形成含有硫原子的碳?xì)浠衔锏难h(huán)，就像成堆的硬幣一樣。

相鄰棧中的“硬幣邊”形成人字形，這種分子排列使電荷從一個(gè)分子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)分子。隨著分子中硫代苯數(shù)量的增加，其導(dǎo)電性也隨之增加，而這是以化合物的溶解度為代價(jià)。這些所謂噻吩基的最佳數(shù)目是4，為了增加溶解度，將己基片段接枝到共軛分子片段的末端。研究人員在真空反應(yīng)器中溶解并蒸發(fā)了二己基四分之一噻吩(DH4T)，并將其作為薄膜沉積在硅襯底上，研究繼續(xù)用掠入射x射線衍射研究樣品的晶體結(jié)構(gòu)。

這項(xiàng)技術(shù)包括以非常小的角度將膠片暴露在x射線下，以最大限度地增加x射線在膠片中經(jīng)過多次反射后所走的距離。否則，薄膜發(fā)出的信號(hào)會(huì)太微弱，無法與基片信號(hào)區(qū)分開來。衍射測(cè)量使研究小組能夠識(shí)別沉積在襯底材料中的分子排列。最初，DH4T是高度結(jié)晶的，它的分子形成人字形，幾乎垂直于底物。然而，一旦加熱到85攝氏度，材料就會(huì)發(fā)生相變：分子排列發(fā)生變化，形成液晶相，薄膜的導(dǎo)電性下降，樣品進(jìn)一步加熱到130℃，然后冷卻到室溫。

這在一定程度上恢復(fù)了材料的結(jié)晶度，從而恢復(fù)了導(dǎo)電性。在加熱過程中，x射線衍射剖面出現(xiàn)了第三種結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為與液晶相不對(duì)應(yīng)的弱衍射極大值。之前的研究已經(jīng)將這種最大值與DH4T等化合物單分子層相關(guān)聯(lián)。有趣的是，這個(gè)“第三相”在70攝氏度時(shí)也觀察到了。研究發(fā)現(xiàn)的單層膜結(jié)構(gòu)有利于電荷沿薄膜平面的輸運(yùn)，對(duì)柔性電子應(yīng)用具有重要意義。此外，在與DH4T結(jié)構(gòu)相似的其他化合物薄膜中，也可能出現(xiàn)新發(fā)現(xiàn)的相，這種材料用于微電子學(xué)。

由于電荷主要在襯底附近的薄層中轉(zhuǎn)移，研究發(fā)現(xiàn)表明，有必要考慮這種材料的納米結(jié)構(gòu)如何影響其導(dǎo)電性。迪米特里·伊萬諾夫(Dimitri Ivanov)教授是MIPT功能有機(jī)和混合材料實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人，也是法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心(CNRS)的研究主任，并對(duì)研究結(jié)果發(fā)表了評(píng)論：使用原位方法，如結(jié)構(gòu)分析，同時(shí)測(cè)量樣品的電性能，使我們能夠深入了解材料中復(fù)雜相變的性質(zhì)，并評(píng)估其在有機(jī)電子領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用潛力。

博科園｜研究/來自：莫斯科物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院

參考期刊《納米級(jí)研究快報(bào)》

DOI: 10.1186/s11671-019-3009-8

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