일리노이 대학 연구자들은 키랄성을 탐구함으로써 반도체 재료에 대한 이해를 발전시키고 있습니다. YingDiao 교수가 이끄는 그들의 연구는 키랄 구조를 생성하기 위해 비키랄 폴리머가 어떻게 변경될 수 있는지를 탐구합니다. 이 연구는 혁신적인 기술 개발에 중요한 영향을 미치며 키랄 재료의 복잡성과 잠재력을 강조합니다.
일리노이 대학 어바나-샴페인 캠퍼스의 화학자들이 주도한 새로운 연구는 전통적인 실리콘 재료가 할 수 없는 일, 즉 겹쳐질 수 없는 거울 이미지인 키랄성의 힘을 활용하는 반도체 재료 개발에 대한 새로운 관점을 제시합니다.
키랄성은 자연이 복잡한 구조를 구축하기 위해 사용하는 전략 중 하나이며, DNA 이중 나선이 아마도 가장 잘 알려진 예일 것입니다. 즉 두 개의 분자 가닥이 분자 "백본"으로 연결되고 오른쪽으로 꼬여 있습니다.
자연적으로 단백질과 같은 키랄 분자는 동일한 스핀 방향으로 전자를 선택적으로 전달함으로써 전기 에너지를 매우 효율적으로 전달할 수 있습니다.
자연의 키랄성 모방 연구
수십 년 동안 연구자들은 합성 분자에서 자연의 키랄성을 모방하려고 노력해 왔습니다. 화학 및 생분자 화학 교수인 Ying Diao가 주도한 새로운 연구는 폴리머 기반 반도체 재료에서 키랄 나선형 구조를 형성하기 위해 DPP-T4라고 불리는 비키랄 폴리머에 대한 다양한 변형의 효과를 조사했습니다. 잠재적인 응용 분야에는 나뭇잎처럼 기능하는 태양 전지, 보다 효율적인 계산을 위해 전자의 양자 상태를 활용하는 컴퓨터, 2차원이 아닌 3차원으로 정보를 캡처하는 새로운 이미징 기술이 포함됩니다.
연구 결과는 ACS Central Science 저널에 게재되었습니다.
연구결과 및 실험
"우리는 처음에 백본에 부착된 원자를 추가하거나 변경하여 달성되는 DPP-T4 분자의 구조에 작은 조정을 가하면 구조의 비틀림 또는 왜곡이 변경되고 키랄성이 유도될 것이라고 생각했습니다. 그러나 우리는 일이 그렇게 간단하지 않다는 것을 빨리 발견했습니다"라고 Diao는 말했습니다.
X선 산란 및 이미징을 사용하여 팀은 "약간의 조정"으로 인해 재료의 위상이 크게 변경된다는 사실을 발견했습니다.
"우리가 관찰한 것은 골디락스 효과였습니다"라고 Diao는 말했습니다. "일반적으로 분자는 꼬인 전선처럼 뭉쳐지지만 갑자기 분자를 임계 비틀림으로 비틀면 판이나 박편 형태의 새로운 중간상으로 조립되기 시작합니다. 이러한 구조가 편광을 구부리는 능력(키랄성 테스트)을 테스트함으로써 우리는 이러한 박편이 응집력 있는 키랄 구조로 비틀릴 수도 있다는 사실에 놀랐습니다."
이번 연구 결과는 키랄 구조에서 효율적인 전자 수송을 모방할 때 모든 고분자가 유사하게 행동하는 것은 아니라는 사실을 밝혀냈습니다. 연구 보고서는 미지의 상을 발견하기 위해 형성된 복잡한 메조구조를 간과하지 않는 것이 중요하며, 이는 전례 없는 광학적, 전자적, 기계적 특성으로 이어질 수 있다고 지적합니다.