Non-equilibrium transport in polymer mixed ionic–electronic conductors at ultrahigh charge densities

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作者
Dion Tjhe,Xinglong Ren,Ian E. Jacobs,Gabriele D’Avino,Tarig Mustafa,Thomas G. Marsh,Lu Zhang,Yao Fu,Ahmed E. Mansour,Andreas Opitz,Yuxuan Huang,Wenjin Zhu,Ahmet Hamdi Unal,S. van der Hoek,Vincent Lemaur,Claudio Quarti,Qiao He,Jin‐Kyun Lee,Iain McCulloch,Martin Heeney
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:23 (12): 1712-1719 被引量:10
标识
DOI:10.1038/s41563-024-01953-6
摘要

Abstract Conducting polymers are mixed ionic–electronic conductors that are emerging candidates for neuromorphic computing, bioelectronics and thermoelectrics. However, fundamental aspects of their many-body correlated electron–ion transport physics remain poorly understood. Here we show that in p-type organic electrochemical transistors it is possible to remove all of the electrons from the valence band and even access deeper bands without degradation. By adding a second, field-effect gate electrode, additional electrons or holes can be injected at set doping states. Under conditions where the counterions are unable to equilibrate in response to field-induced changes in the electronic carrier density, we observe surprising, non-equilibrium transport signatures that provide unique insights into the interaction-driven formation of a frozen, soft Coulomb gap in the density of states. Our work identifies new strategies for substantially enhancing the transport properties of conducting polymers by exploiting non-equilibrium states in the coupled system of electronic charges and counterions.

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