自组装螺旋烯柱可以赋予光电器件手性

控制有机半导体的手性可以提高它们的效率，并为器件带来新的功能。然而，批量制造具有可调手性的材料仍然是一个挑战——到目前为止，只有少数定向单层的例子被报道过。现在，一个由英国、加拿大和日本的多学科研究人员组成的团队开发了一种简单的模板方法来生长有序的手性薄膜，用于广泛的应用。

“多亏了计算设计和巧妙的合成，我们知道我们有了真正令人兴奋的材料，”首席作者说杰斯韦德来自英国伦敦帝国学院。“有机半导体已经展示了一些有趣的特性，它们重量轻、成本低、生物兼容性强、可调性强。“将手性添加到列表中可以增强现有的光电子性能，用于显示器、传感器、太阳能电池板、晶体管等。”她说:“此外，利用手性，我们可以在室温下操纵光子和电子的自旋。”“但要在设备上做到这一点，我们需要在整体上控制手性。”

为了实现这种前所未有的手性控制，研究人员使用了基于真空的沉积技术，该技术与有机和无机模板结合使用。韦德解释说:“用他的方法，[我们]在模板层上生长出有序的螺旋烯薄膜。”与以前的方法不同，以前的方法只给出了几个原子厚的单层，这种新的解决方案产生了厚20倍的有组织的薄膜，达到200纳米。“极限就是我们神奇的化学家能合成的分子数量!”她补充道。这项技术在严密控制和监控过程方面更加精确。

沉积过程非常简单——研究人员将手性螺旋烯制成粉末，加热，然后升华到模板上。韦德补充说:“这些特殊的螺旋烯排列在超分子柱中，我们发现(它们)要么平躺，要么直立，这对它们的光学和电子特性有巨大的影响。”根据我们选择的模板层，螺旋烯朝向不同的方向

一方面，基于多芳烃有机分子的模板导致螺旋烯柱的形成，螺旋烯柱垂直于表面排列。另一方面，无机模板，如碘化铜，有利于形成平铺柱-可能是因为螺旋烯和表面负电荷之间的相互作用。它们都有不同的性质，包括光吸收和x射线衍射。

“螺旋烯被认为具有很强的揉手活性，”解释说珍妮Crassous他是法国雷恩化学科学研究所手性材料方面的专家。她补充说:“这个结果很重要，因为它以一种非常简单的方式控制了半导体材料的取向。”Crassous还强调了合作在这项工作中的关键作用。“(该团队)汇集了合成化学家、理论家和物理学家的独特协会，这使他们能够将简单而原始的想法具体化。”

Ghislaine Vantomme他在荷兰埃因霍温理工大学研究手性材料，对此表示赞同。这一发现的发生是因为“来自不同背景的人们在一起交谈和工作”。此外，Vantomme还指出了计算研究的重要性。“模板开始结晶，但要确定模板层和小手性分子之间的正确匹配需要艰苦的工作和大量的计算。”“这些计算有助于模拟螺旋烯柱的晶体结构，这也有助于对自组装结构的完整描述。”她补充说:“控制分子的排列非常困难，但对设备的功能非常重要。”

Crassous和Vantomme都认为这项研究是迈向更多手性材料、设备和应用的垫脚石。“目前，他们尝试了几种不同的螺旋烯和模板，”Vantomme解释道。她补充说:“这种结构(和)相互作用的类型为新的可能性打开了大门。”

韦德解释说，主要的缺点是对映纯螺旋烯的可用性。她说:“有时候最不可思议的分子合成起来很复杂。”在这种情况下，“更难将它们分离成对映异构的纯形式”。但是，当这个问题得到解决时，“这种方法可能确实变得可扩展且便宜，因此有希望在设备上应用开发”，Crassous解释道。她补充说:“从照明到能源生产，这种技术的应用非常广泛，前景广阔。”

Vantomme评论说:“就像液晶技术一样，这项技术有巨大的潜力，它从很小的规模开始，最终出现在我们所有的屏幕上。她补充说:“例如，手性材料可以提高oled的效率，这是一个价值数十亿美元的市场。”