Un nuevo estudio dirigido por químicos de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign aporta nuevos conocimientos sobre el desarrollo de materiales semiconductores que pueden hacer cosas que sus homólogos tradicionales de silicio no pueden:aprovechar el poder de la quiralidad, una imagen especular no superponible.

La quiralidad es una de las estrategias de la naturaleza utilizadas para crear complejidad en las estructuras, siendo la doble hélice del ADN quizás el ejemplo más reconocido:dos cadenas de moléculas conectadas por una "columna vertebral" molecular y torcidas hacia la derecha.

En la naturaleza, las moléculas quirales, como las proteínas, canalizan la electricidad de manera muy eficiente al transportar selectivamente electrones en la misma dirección de espín.

Los investigadores llevan décadas trabajando para imitar la quiralidad de la naturaleza en moléculas sintéticas. Un nuevo estudio, dirigido por el profesor de química química y biomolecular Ying Diao, investiga qué tan bien se pueden usar diversas modificaciones de un polímero no quiral llamado DPP-T4 para formar estructuras helicoidales quirales en materiales semiconductores basados ​​en polímeros.

Las aplicaciones potenciales incluyen células solares que funcionan como hojas, computadoras que utilizan estados cuánticos de electrones para calcular de manera más eficiente y nuevas técnicas de imágenes que capturan información tridimensional en lugar de 2D, por nombrar algunas.

Los hallazgos del estudio se publican en la revista ACS Central Science. .

"Comenzamos pensando que hacer pequeños ajustes en la estructura de la molécula DPP-T4, que se logran agregando o cambiando los átomos conectados a la columna vertebral, alteraría la torsión de la estructura e induciría quiralidad", dijo Diao. "Sin embargo, pronto descubrimos que las cosas no eran tan sencillas."

Utilizando la dispersión de rayos X y la imaginación, el equipo descubrió que sus "ligeros ajustes" provocaban cambios importantes en las fases del material.

"Lo que observamos es una especie de efecto Ricitos de Oro", dijo Diao. "Por lo general, las moléculas se ensamblan como un alambre retorcido, pero de repente, cuando giramos la molécula a una torsión crítica, comenzaron a ensamblarse en nuevas mesofases en forma de placas u hojas planas. Al realizar pruebas para ver qué tan bien podían doblarse estas estructuras luz polarizada, una prueba de quiralidad, nos sorprendió descubrir que las láminas también pueden retorcerse formando estructuras quirales cohesivas".

Los hallazgos del equipo iluminan el hecho de que no todos los polímeros se comportarán de manera similar cuando se modifiquen en un esfuerzo por imitar el transporte eficiente de electrones en estructuras quirales. El estudio informa que es fundamental no pasar por alto las complejas estructuras de mesofase formadas para descubrir fases desconocidas que pueden conducir a propiedades ópticas, electrónicas y mecánicas inimaginables antes.

Más información: Kyung Sun Park et al, Los cambios moleculares sutiles modulan en gran medida los conjuntos helicoidales quirales de polímeros conjugados aquirales mediante el ajuste de la agregación del estado de la solución, ACS Central Science (2023). DOI:10.1021/acscentsci.3c00775

Información de la revista: Ciencia central de ACS

Proporcionado por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign