Una nueva reacción química en superficie facilita la aparición de solitones en polímeros π-conjugados

16.10.2024

Deslocalización de un solitón a lo largo de un polímero π-conjugado  de miembros impares sobre Au(111). Imagen: José I. Urgel.

• Los investigadores demuestran que el diseño de polímeros potencialmente altamente conductores sin dopaje es factible.
• La nueva reacción química en una superficie revela que la paridad estructural impulsa la aparición de solitones en polímeros π-conjugados.

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Madrid, 16 de octubre, 2024. Los polímeros π-conjugados son una clase de macromoléculas que presentan una alternancia de enlaces simples y dobles a lo largo de su columna vertebral, lo que permite la deslocalización de π-electrones. Su estructura electrónica única los hace altamente conductores y muy atractivos para aplicaciones como células solares o diodos emisores de luz. Para mejorar sus propiedades electrónicas, los polímeros π-conjugados a menudo son dopados. Sin embargo, la estructura y la estabilidad del polímero se ven afectadas.

En un nuevo estudio, los investigadores introducen una reacción sin precedentes, denominada acoplamiento de indenilo, para diseñar polímeros altamente conductores. Demostraron la posibilidad de unir monómeros de una manera extremadamente selectiva y eficiente en una superficie metálica, lo que permitió el diseño de polímeros π-conjugados. Sorprendentemente, los investigadores explotaron la paridad estructural de los polímeros para permitir la aparición de estados de solitón en hueco, que se extienden espacialmente varios nanómetros a lo largo de la columna vertebral longitudinal del polímero.

Los resultados, publicados recientemente en Nature Synthesis, responden a una pregunta fundamental en la ciencia de los materiales: ¿es posible sintetizar experimentalmente polímeros potencialmente altamente conductores sin necesidad de dopaje externo? Los autores demuestran que los conceptos teóricos de predicción de la paridad estructural pueden ser un factor esencial a tener en cuenta a la hora de diseñar nanomateriales a medida, que exhiban cuasipartículas topológicas. Este enfoque podría conducir a dispositivos electrónicos más eficientes, rentables y sostenibles que incorporen nanocables 1D.

Este trabajo es el resultado de una colaboración entre investigadores del Instituto Madrileño de Estudios Avanzados en Nanociencia (IMDEA Nanociencia), el Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares (CiQUS), la Universidad de Santiago de Compostela, el Instituto de Física de la Academia Checa de Ciencias y el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y está parcialmente financiado por la acreditación de Excelencia Severo Ochoa otorgada a IMDEA Nanociencia (CEX2020-001039-S) y por la acreditación Centro de Investigación de Galicia otorgada al CiQUS (ED431G 2019/03).

Glosario:

• Polímeros π conjugados: moléculas lineales que presentan una alternancia de enlaces simples y dobles a lo largo de su columna vertebral, lo que permite la deslocalización de electrones.
• Solitón: Un paquete de ondas localizado (cuasipartícula) que conserva su forma mientras se propaga libremente en un medio no lineal.

Referencia:

Kalyan Biswas, Jesús Janeiro, Aurelio Gallardo, Marco Lozano, Ana Barragán, Berta Álvarez, Diego Soler-Polo, Oleksandr Stetsovych, Andrés Pinar Solé, Koen Lauwaet, José M. Gallego, Dolores Pérez, Rodolfo Miranda, José I. Urgel*, Pavel Jelínek*, Diego Peña* and David Écija*. Designing highly delocalized solitons by harnessing the structural parity of π-conjugated polymers. Nature Synthesis (2024). DOI: 10.1038/s44160-024-00665-8

https://repositorio.imdeananociencia.org/handle/20.500.12614/3807

Contacto:

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Fuente: IMDEA Nanociencia y CiQUS.