伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的化學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究為半導(dǎo)體材料的開(kāi)發(fā)帶來(lái)了新的見(jiàn)解，這種材料可以做到傳統(tǒng)硅材料無(wú)法做到的事情——利用手性的力量，這是一種不可疊加的鏡像。

手性是大自然用來(lái)構(gòu)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)的策略之一，DNA 雙螺旋也許是最受認(rèn)可的例子——兩條分子鏈通過(guò)分子“主鏈”連接并向右扭曲。

在自然界中，手性分子（如蛋白質(zhì)）通過(guò)選擇性地傳輸相同自旋方向的電子來(lái)非常有效地輸送電力。

幾十年來(lái)，研究人員一直致力于在合成分子中模仿自然的手性。 由化學(xué)和生物分子化學(xué)教授 Ying Diao 領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究，研究了對(duì)稱為 DPP-T4 的非手性聚合物的各種修飾如何在聚合物基半導(dǎo)體材料中形成手性螺旋結(jié)構(gòu)。

潛在的應(yīng)用包括像葉子一樣工作的太陽(yáng)能電池、使用電子量子態(tài)更有效地計(jì)算的計(jì)算機(jī)以及捕獲三維信息而不是二維信息的新成像技術(shù)等等。

研究結(jié)果發(fā)表在《ACS Central Science》雜志上。

“我們一開(kāi)始認(rèn)為，對(duì) DPP-T4 分子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行微小的調(diào)整——通過(guò)添加或改變連接到主鏈的原子來(lái)實(shí)現(xiàn)——將改變結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)或扭曲，并誘導(dǎo)手性，”刁說(shuō)。 “然而，我們很快發(fā)現(xiàn)事情并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單?！?/span>

利用 X 射線散射和想象，研究小組發(fā)現(xiàn)他們的“輕微調(diào)整”引起了材料相的重大變化。

“我們觀察到的是一種金發(fā)姑娘效應(yīng)，”刁說(shuō)。 “通常情況下，分子像絞合線一樣組裝，但突然間，當(dāng)我們將分子扭轉(zhuǎn)到臨界扭矩時(shí)，它們開(kāi)始組裝成平板或片材形式的新中間相。通過(guò)測(cè)試來(lái)了解這些結(jié)構(gòu)的彎曲程度 偏振光——手性測(cè)試——我們驚訝地發(fā)現(xiàn)這些片材也可以扭曲成粘性手性結(jié)構(gòu)。”

該團(tuán)隊(duì)的發(fā)現(xiàn)闡明了這樣一個(gè)事實(shí)：并非所有聚合物在進(jìn)行調(diào)整以模仿手性結(jié)構(gòu)中的有效電子傳輸時(shí)都會(huì)表現(xiàn)相似。 該研究報(bào)告說(shuō)，不要忽視形成的復(fù)雜中間相結(jié)構(gòu)，以發(fā)現(xiàn)未知的相，這些相可以帶來(lái)以前無(wú)法想象的光學(xué)、電子和機(jī)械性能，這一點(diǎn)至關(guān)重要。