Polimorfismo nei semiconduttori organici

I semiconduttori organici presentano un'elevata versatilità e numerosi vantaggi nel settore dell’elettronica grazie alla loro processabilità in soluzione e al loro basso costo di produzione. Tuttavia, la possibilità di eventuali polimorfismi, dovuta al fatto che le molecole organiche possono adattarsi in diversi impaccamenti cristallini, può indurre variazioni nelle proprietà elettroniche, meccaniche o ottiche allo stato solido. Infatti, anche piccoli cambiamenti nell'impacchettamento dei semiconduttori organici influenzano le loro prestazioni elettroniche per svariati ordini di grandezza.

Sebbene lo screening dei polimorfi non sia molto diffuso per l'elettronica organica, mentre è una tecnica standard consolidata per le molecole farmaceutiche, la comprensione dell'impacchettamento cristallino fornisce una conoscenza approfondita delle relazioni struttura-proprietà e delle caratteristiche meccaniche dei semiconduttori organici.

Il contributo di Elettra

Sono stati condotti studi polimorfici e strutturali su un nuovo semiconduttore organico, che hanno rivelato la presenza di tre forme cristalline: la Forma I, termodinamicamente stabile, domina a temperatura ambiente, mentre la Forma II e la Forma III sono metastabili.
Inoltre, i collaboratori che hanno partecipato allo studio hanno testato anche le proprietà meccaniche dei cristalli della Forma I, che presentano una flessibilità plastica anisotropa. Questo comportamento meccanico rappresenta un ulteriore valore aggiunto del semiconduttore, in quanto offre un notevole vantaggio per la realizzazione di dispositivi più efficienti e flessibili, soprattutto se si considera che la maggior parte delle molecole organiche presenta un comportamento fragile o elastico.
Lo studio ha quindi rivelato che il polimorfismo può essere un ottimo strumento per migliorare le proprietà funzionali dei semiconduttori organici senza dover modificare chimicamente il composto.

Facility: Beamline XRD2.

Bibliografia: P. Pandey et al., “Discovering Crystal Forms of the Novel Molecular Semiconductor”, Cryst. Growth Des. 2022, 22, 1680−1690. DOI: 10.1021/acs.cgd.1c01203

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