High-mobility semiconducting polymers with different spin ground states

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作者
Xiaoxiang Chen,Jiatong Li,Yu‐Hui Fang,Xinyu Deng,Xueqing Wang,Guangchao Liu,Yunfei Wang,Xiaodan Gu,Shang‐Da Jiang,Ting Lei
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1) 被引量:66
标识
DOI:10.1038/s41467-022-29918-w
摘要

Abstract Organic semiconductors with high-spin ground states are fascinating because they could enable fundamental understanding on the spin-related phenomenon in light element and provide opportunities for organic magnetic and quantum materials. Although high-spin ground states have been observed in some quinoidal type small molecules or doped organic semiconductors, semiconducting polymers with high-spin at their neutral ground state are rarely reported. Here we report three high-mobility semiconducting polymers with different spin ground states. We show that polymer building blocks with small singlet-triplet energy gap (Δ E S-T ) could enable small Δ E S-T gap and increase the diradical character in copolymers. We demonstrate that the electronic structure, spin density, and solid-state interchain interactions in the high-spin polymers are crucial for their ground states. Polymers with a triplet ground state ( S = 1) could exhibit doublet ( S = 1/2) behavior due to different spin distributions and solid-state interchain spin-spin interactions. Besides, these polymers showed outstanding charge transport properties with high hole/electron mobilities and can be both n- and p-doped with superior conductivities. Our results demonstrate a rational approach to obtain high-mobility semiconducting polymers with different spin ground states.
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