伊利諾大學的研究人員透過探索手性推進了我們對半導體材料的理解。他們的研究由Ying Diao 教授領導，深入研究如何改變非手性聚合物以產生手性結構。這項研究對開發創新技術具有重要意義，並凸顯了手性材料的複雜性和潛力。

由伊利諾大學厄巴納-香檳分校的化學家們領導的一項新研究為半導體材料的開發帶來了新的視角，這種材料可以做到傳統矽材料所做不到的事情–利用手性的力量（一種不可疊加的鏡像）。

手性是自然界用來建構複雜結構的策略之一，DNA 雙螺旋可能是最著名的例子–由分子”骨架”連接並向右扭曲的兩條分子鏈。

在自然界中，手性分子（如蛋白質）透過選擇性地傳遞相同自旋方向的電子，可以非常有效地傳遞電能。

模仿自然界手性的研究

幾十年來，研究人員一直致力於在合成分子中模仿自然界的手性。由化學與生物分子化學教授刁穎領導的一項新研究調查了對一種名為DPP-T4的非手性聚合物進行各種改性後在聚合物基半導體材料中形成手性螺旋結構的效果。潛在的應用包括像樹葉一樣發揮作用的太陽能電池、利用電子量子態更高效計算的電腦以及捕捉三維而非二維資訊的新型成像技術等。

一張光學顯微照片顯示了一種聚合物的手性液晶相，研究人員正在探索利用這種聚合物生產高效半導體材料。圖片來源：Ying Diao 實驗室提供

研究結果發表在《美國化學學會中心科學》（ACS Central Science）期刊。

研究結果和實驗

Diao 說：”我們一開始認為，對DPP-T4 分子的結構進行細微調整–透過添加或改變與骨架相連的原子來實現–將改變結構的扭轉或扭曲，並誘發手性。然而，我們很快就發現事情並非如此簡單。”

利用X 射線散射和想像，研究小組發現，他們的”輕微調整”導致了材料相位的重大變化。

“我們觀察到的是一種金髮姑娘效應，”Diao說。”通常情況下，分子會像扭曲的金屬絲一樣聚集在一起，但突然間，當我們把分子扭轉到臨界扭力時，它們開始以平板或薄片的形式聚集成新的介相。透過測試這些結構彎曲偏振光的能力–這是對手性的測試–我們驚訝地發現，這些薄片也能扭曲成內聚的手性結構。”

研究小組的發現揭示了一個事實，即並非所有聚合物在模仿手性結構中的高效電子傳遞時都會表現出類似的行為。研究報告指出，至關重要的是，不要忽視為發現未知相而形成的複雜介相結構，這些介相結構可帶來前所未有的光學、電子和機械特性。