Nature子刊：單組分純有機金屬的載流子和電子特性

【引言】

許多研究報道了有機金屬和超導體的電荷轉移復合形式以及引起了一系列強烈的與電子相關的低維分子陣列。有的導電聚合物被證明有金屬的一些性質并且可以在工業中作為透明柔性電極得到應用。

【成果簡介】

近日，日本東北大學Takeshi Terauchi教授（通訊作者）帶領的科研團隊，發現兩性離子基四硫富瓦烯擴展二羧酸（TED）可以自身產生自由載流子而不需要任何電化學氧化工藝，并且在四硫富瓦烯（TTF）中的自旋電子梯度是獨特電子結構。在低溫下，其塊狀固體的導電率類似于金屬銅的導電率。具有s和p電子的單分子物體的分子間的相互作用并在一定的環境壓力下TED可以達到金屬狀態。該概念對于開發新型的高導電率有機以及有機/無機混合金屬具有指導意義。

【圖文導讀】

圖1：分子結構圖

兩性離子基四硫富瓦烯擴展二羧酸分子結構圖

圖2：TED電性能

（a）深棕色為TED，白色為紙；

（b）在5k至300k的溫度范圍內，TED的電阻率隨溫度的變化；

（c）熱電動勢（藍綠色）以及磁化率（深藍色）隨溫度的變化；

（d）運用不間斷電源測得的態密度。

圖3：TED內載流子產生的光譜分析

（a） (TTF-TTF)(COOLi)2-LiOH在不同酸性下的電子自旋諧振信號；

（b）紅線為核磁共振氫譜分析，電子自旋諧振在不同酸性下的信號強度（藍色柱體）；

（c）設想的載流子產生機理；

（d）左邊是TED的偶極矩和自旋密度，藍色和綠色為上和下自旋密度，虛線為分子內氫鍵。

圖4：TED的結構和光學性質

（a）TED的掃描電鏡圖；

（b）XRD 圖譜TED 為紅色，TED-Li 為綠色(green) and LiOH化合物為黑色，衍射角為5o至50o；

（c）TED、 TED-Li、LiOH化合物近紅外以及中外紅外光譜；

（d）二聚體模型面對面（FF）以及邊對邊（SS）的分子結構和偶極矩；

（e）TED單體和二聚體的分子模型；

（f）可能的分子堆積放置；

（g）左邊為TTF-TTF+ FF以及SS二聚體碳原子以及硫原子的自旋密度總電荷，右邊為SS二聚體的 軌道。

文獻鏈接：Carrier generation and electronic properties of a single-component pure organic metal（Nat. Mater.，2016，DOI: 10.1038/NMAT4768）

本文由材料人編輯部電子電工學術組以亦供稿，材料牛編輯整理。

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