Органические молекулы, состоящие исключительно из легких элементов, по существу не имеют носителей, через которые может проходить электрический заряд. Таким образом, они не являются высококачественными проводниками. Для решения этой проблемы чистые органические металлы синтезируются на протяжении более 50 лет путем объединения молекул с разными свойствами, тем самым изменяя их индивидуальные свойства и генерируя носители заряда.
Хорошо известно, что профессор Хидеки Сиракава получил Нобелевскую премию за открытие проводящих полимеров среди изученных молекул. Однако у нескольких молекул, объединенных вместе, есть проблемы с точки зрения стабильности и долговечности. С другой стороны, что касается чистых органических материалов, состоящих из одного компонента, необходимо было приложить высокое давление, по крайней мере, 1 гигапаскаль (ГПа), чтобы сделать их проводящими, как металл. В соответствии с этой практикой в течение многих лет считалось чрезвычайно трудным сделать эти материалы проводящими, как металл, под давлением окружающей среды.
Недавно исследовательская группа разработала новые молекулы, которые самопроизвольно создают дырки, которые могут служить носителями заряда. Затем команда изготовила чистые органические молекулы, которые проводят электричество, как металл, в широком диапазоне температур при нормальном давлении. Электропроводность пленки, состоящей исключительно из этих молекул (сокращенное название TED), составляла 530 См / см (S = сименс, что является обратной величиной сопротивления) при комнатной температуре и 1000 См / см при 50 К. Проводимость находится на самом высоком уровне среди органических металлов. Кроме того, с помощью расчетов молекулярных орбиталей команда обнаружила, что TED имеет заметный градиент спиновой плотности, который не наблюдался в других радикальных молекулах.
Это электронное состояние может коррелировать с механизмом, с помощью которого однокомпонентные молекулы проявляют свойства металлической проводимости.Эти открытия могут установить два основных направления в разработке высокопроводящих органических материалов. Во-первых, можно исключить этап добавления химической легирующей добавки для придания материалам проводимости (пост-легирование), и, следовательно, становится возможным создание молекул, которые позволяют значительно повысить долговечность и химическую стабильность органических проводящих материалов. Во-вторых, с точки зрения практического применения, метод печати, производный метод печати, можно использовать для легкого изготовления органических материалов с высокой проводимостью.
Это исследование было проведено как продолжение предыдущего исследования, проведенного в соответствии с Программой финансирования ведущих мировых исследователей нового поколения (программа NEXT; Юка Кобаяси, руководитель проекта), спонсируемой Японским обществом содействия науке.Это исследование было опубликовано в онлайн-версии Nature Materials 10 октября 2016 года.