Uma equipe conjunta de pesquisa da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang e da Universidade Sungkyunkwan, na Coreia do Sul, revelou, pela primeira vez, o mecanismo em nível molecular pelo qual impurezas em traços, ou dopantes, podem inverter a polaridade da carga em semicondutores de polímeros orgânicos. Liderada pelo Professor Cho Gil-won, pelos doutorandos Ok Eun-ryul e Jung Se-in e pelo Professor Kang Bo-seok, a equipe descobriu, em nível molecular, que, ajustando a concentração de um único dopante, os semicondutores de polímero podem alternar entre condutividade positiva (tipo p) e negativa (tipo n).
Semicondutores são os materiais essenciais para a regulação da corrente em dispositivos eletrônicos modernos. Embora os semicondutores tradicionais à base de silício ofereçam excelente desempenho, sua rigidez limita sua aplicação em áreas como telas flexíveis e eletrônicos vestíveis. Os semicondutores de polímeros orgânicos, devido à sua leveza e flexibilidade mecânica, tornaram-se candidatos ideais para produtos eletrônicos de próxima geração. No entanto, a oferta limitada de materiais semicondutores orgânicos do tipo n estáveis tem sido um grande obstáculo ao seu desenvolvimento. A maioria dos polímeros conjugados exibe naturalmente propriedades do tipo p, enquanto os materiais do tipo n existentes sofrem com baixa estabilidade ambiental. Para alcançar aplicações práticas, é necessária uma estratégia para realizar simultaneamente as funções dos tipos p e n em um único sistema polimérico.
A equipe de pesquisa resolveu esse problema utilizando o fenômeno de inversão de polaridade. Quando um polímero do tipo p é dopado com uma concentração suficientemente alta de dopante do tipo p, os portadores de carga dominantes mudam de lacunas para elétrons, alcançando uma inversão de polaridade dependente da concentração. Para revelar o mecanismo subjacente, a equipe analisou filmes de polímero dopados com AuCl₃ e descobriu que os estados de oxidação dos íons de ouro e cloreto mudam durante a dopagem, desencadeando uma reação de cloração por substituição que leva a um rearranjo da estrutura da cadeia principal do polímero, resultando na inversão de polaridade. Com base nesse mecanismo, os pesquisadores fabricaram um diodo de homojunção orgânico AP-n com uma taxa de retificação muito superior à dos diodos orgânicos tradicionais de material único, demonstrando seu potencial para aplicações em dispositivos eletrônicos de alto desempenho, flexíveis e estruturalmente simplificados. Os professores Zhao e Kang afirmaram: "Essa descoberta abre caminho para o controle preciso das propriedades elétricas de semicondutores orgânicos."
