KR102435048B1 - Topological superconductor comprising organic crystal and electrical device having the same - Google Patents

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Abstract

유기 결정을 구비하는 위상학적 초전도체 및 이를 구비하는 전자소자를 제공한다. 위상학적 초전도체는 평면 내에 규칙적으로 배열된 방향족 고리기들을 구비하는 다수 개의 단위층들이 적층된 유기 결정을 포함하되, 상기 단위층들의 적층은 서로 인접하는 상기 단위층들 내에 배치된 방향족 고리기들 사이의 파이-파이 상호작용에 의해 구현된 활성층이고, 상기 활성층은 바이어스가 걸리지 않은 상태에서도 모서리를 따라 흐르는 제로 바이어스 전류를 구현한다.Provided are a topological superconductor having an organic crystal and an electronic device having the same. The topological superconductor includes an organic crystal in which a plurality of unit layers having aromatic ring groups regularly arranged in a plane are stacked, and the stacking of the unit layers is between aromatic ring groups disposed in the unit layers adjacent to each other. It is an active layer implemented by the pi-pi interaction of

Description

유기 결정을 구비하는 위상학적 초전도체 및 이를 구비하는 전자소자 {Topological superconductor comprising organic crystal and electrical device having the same}Topological superconductor comprising organic crystal and electrical device having the same

본 발명은 초전도체에 관한 것으로, 구체적으로는 위상학적 초전도체에 관한 것이다.The present invention relates to superconductors, and specifically to topological superconductors.

최근 들어 슈퍼 컴퓨터 등 복잡한 데이터를 계산하는 컴퓨터에 대한 요구가 급증하고 있다. 이에 대한 대안으로 양자컴퓨터가 제시되고 있는데, 양자컴퓨터란 양자역학의 주요 원리 및 양자현상에 따라 구현되고 작동되는 새로운 개념의 컴퓨터로 정보처리의 기본단위로 양자비트(Qubit, 이하 큐비트)를 사용한다. 큐비트는 기존 컴퓨터에서는 구현 불가능한 상태인 '0'이면서 동시에 '1'도 될 수 있는 중첩(superposition) 현상과 양자상태에서 어떤 한 계의 상태가 측정을 통해 결정됨에 따라 그 계와 얽혀 있는 다른 계의 상태 또한 순간적으로 결정된다는 얽힘(entanglement) 현상 등을 기반으로 작동한다. 이를 통해 기존 컴퓨터가 특정 입력에 대응하는 유일한 결과만 생성하는 반면, 양자컴퓨터는 이와 같은 양자 특성을 이용하여 구성하고 있는 큐비트가 적은 경우에도 많은 경우의 수를 동시 다발적으로 표현할 수 있을 뿐만 아니라, 큐비트의 비결정론적 특성을 이용하여 여러 결과를 동시에 생성할 수 있다는 장점을 지닌다.Recently, the demand for a computer that calculates complex data, such as a supercomputer, is rapidly increasing. Quantum computers have been proposed as an alternative to this. A quantum computer is a new concept computer that is implemented and operated according to the main principles of quantum mechanics and quantum phenomena. do. A qubit is a superposition phenomenon that can be both '0' and '1' at the same time, which is a state that cannot be realized in conventional computers. It works based on the entanglement phenomenon that the state is also determined instantaneously. In this way, while the existing computer generates only a unique result corresponding to a specific input, the quantum computer can not only express a large number of cases simultaneously even when the number of qubits composed by using such quantum properties is small, but also , it has the advantage of being able to generate multiple results simultaneously using the non-deterministic properties of qubits.

양자 컴퓨터를 구현하는 여러 방식들 중 초전도체 방식은 절대온도 0℃부근에서 저항이 사라지는 초전도 현상을 이용하며, 조셉슨 접합(Josephson junction)이라는 전자소자를 이용한다. 조셉슨 접합은 두 개의 초전도체 사이에 얇은 절연체를 끼운 소자로, 원래 절연체 때문에 전류가 흐르지 않아야 하지만 양자역학적 터널링 효과로 인해 초전도체에서 전류가 흐르게 되고 이 때 전류는 두 개의 전자가 쌍을 이루는 쿠퍼쌍(Cooper Pair) 형태가 되고, 이 쿠퍼쌍이 양자정보를 유지, 전달하며, 이 정보를 마이크로파로 조작하여 큐비트로 활용할 수 있다. 그러나, 초전도 현상은 앞서 설명한 바와 같이, 절대온도 0℃ 부근에서만 발생하므로 실제 소자에 적용하는데에는 어려움이 있다.Among the various ways to implement a quantum computer, the superconductor method uses the phenomenon of superconductivity in which resistance disappears near absolute 0°C, and uses an electronic device called a Josephson junction. A Josephson junction is a device with a thin insulator sandwiched between two superconductors. Although the original insulator does not allow current to flow, a current flows in the superconductor due to quantum mechanical tunneling effect. Pair), this Cooper pair maintains and transmits quantum information, and this information can be manipulated with microwaves to be used as qubits. However, as described above, the superconductivity phenomenon occurs only around an absolute temperature of 0° C., so it is difficult to apply it to an actual device.

최근 위상학적 절연체와 초전도체의 조셉슨 접합을 통해 위상학적 초전도체를 구현하는데 성공하였으나, 여전히 극저온의 환경과 외부 자기장등 많은 제한요소를 가지고 있다.Recently, a topological superconductor has been successfully implemented through the Josephson junction of a topological insulator and a superconductor, but it still has many limitations such as a cryogenic environment and an external magnetic field.

이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 착안된 것으로서, 상온에서도 초전도성을 갖는 내재된 위상학적 초전도체(intrinsic topological superconductor) 및 이를 사용한 전자소자를 제공함에 있다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an intrinsic topological superconductor having superconductivity even at room temperature and an electronic device using the same.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일측면은 위상학적 초전도체를 제공한다. 위상학적 초전도체는 평면 내에 규칙적으로 배열된 방향족 고리기들을 구비하는 다수 개의 단위층들이 적층된 유기 결정을 포함하되, 상기 단위층들의 적층은 서로 인접하는 상기 단위층들 내에 배치된 방향족 고리기들 사이의 파이-파이 상호작용에 의해 구현된 활성층이고, 상기 활성층은 바이어스가 걸리지 않은 상태에서도 모서리를 따라 흐르는 제로 바이어스 전류를 구현한다.In order to solve the above problems, one aspect of the present invention provides a topological superconductor. The topological superconductor includes an organic crystal in which a plurality of unit layers having aromatic ring groups regularly arranged in a plane are stacked, and the stacking of the unit layers is between aromatic ring groups disposed in the unit layers adjacent to each other. It is an active layer implemented by the pi-pi interaction of

상기 유기 결정의 단위층은 상기 방향족 고리를 포함하는 다수 개의 단위 유기분자들을 포함하고, 각 단위 유기분자는 상기 방향족 고리의 치환 위치들 중 바로 인접한 위치들에 각각 결합된 치환기들의 제1 쌍과 나머지 치환 위치들 중 바로 인접한 위치들에 각각 결합된 치환기들의 제2 쌍을 구비하고, 상기 단위층 내에 포함된 상기 단위 유기분자들 중 하나의 단위 유기분자의 상기 제1 쌍에 포함된 치환기들의 말단기들과 다른 하나의 단위 유기분자의 상기 제2 쌍에 포함된 치환기들의 말단기들은 반 데르 발스(Van Der Waals) 상호작용, 런던 분산력(London dispersion interaction) 또는 수소 결합(hydrogen bonding)에 의해 자기 조립될 수 있다. 상기 방향족 고리의 치환 위치들 중 바로 인접한 위치들에 각각 결합된 한 쌍의 치환기들은 그들 사이의 반 데르 발스(Van Der Waals) 상호작용에 의해 단일 치환기에 비해 강직성이 증가될 수 있다. 상기 방향족 고리의 치환 위치들 중 바로 인접한 위치들에 각각 결합된 한 쌍의 치환기들은 서로에 대해 상기 방향족 고리의 오르소 위치들에 결합될 수 있다.The unit layer of the organic crystal includes a plurality of unit organic molecules including the aromatic ring, and each unit organic molecule includes a first pair of substituents bonded to immediately adjacent positions among substitution positions of the aromatic ring and the remainder. terminal groups of substituents included in the first pair of unit organic molecules among the unit organic molecules included in the unit layer, each having a second pair of substituents bonded to positions immediately adjacent among the substitution positions and the terminal groups of the substituents included in the second pair of the other unit organic molecule self-assemble by Van Der Waals interaction, London dispersion interaction, or hydrogen bonding can be A pair of substituents each bonded to immediately adjacent positions among substitution positions of the aromatic ring may have increased rigidity compared to a single substituent due to a Van Der Waals interaction therebetween. A pair of substituents each bonded to immediately adjacent positions among substitution positions of the aromatic ring may be bonded to ortho positions of the aromatic ring with respect to each other.

상기 치환기의 각각은 상기 방향족 고리에 직접 연결된 비공유 전자쌍을 갖는 칼코겐 원소를 구비할 수 있다. 상기 방향족 고리는 6 내지 46 멤버의 호모사이클릭 방향족 고리 또는 헤테로사이클릭 방향족 고리일 수 있다. 상기 치환기들은 상기 방향족 고리의 치환 위치들 중 동등한 대칭성을 갖는 위치들(symmetry-equivalent positions)에 결합될 수 있다. 상기 유기 결정은 삼사정계(triclinic), 단사정계(monoclinic), 사방정계(orthorhombic), 정방정계(tetragonal), 육방정계(hexagonal), 또는 입방정계(cubic) 의 기본 격자 구조를 가질 수 있다.Each of the substituents may have a chalcogen element having a lone pair of electrons directly connected to the aromatic ring. The aromatic ring may be a 6 to 46 membered homocyclic aromatic ring or a heterocyclic aromatic ring. The substituents may be bonded to symmetry-equivalent positions among the substitution positions of the aromatic ring. The organic crystal may have a basic lattice structure of triclinic, monoclinic, orthorhombic, tetragonal, hexagonal, or cubic.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일측면은 상기 위상학적 초전도체를 구비하는 전자소자를 제공한다. 상기 전자소자는 평면 내에 규칙적으로 배열된 방향족 고리기들을 구비하는 다수 개의 단위층들이 적층된 유기 결정을 포함하되, 상기 단위층들의 적층은 서로 인접하는 상기 단위층들 내에 배치된 방향족 고리기들 사이의 파이-파이 상호작용에 의해 구현된 활성층을 구비한다. 상기 활성층의 일측면의 모서리(edge)에 서로 이격된 적어도 두 개의 모서리 전극들이 접속된다. 이 때, 상기 활성층은 바이어스가 걸리지 않은 상태에서도 모서리를 따라 흐르는 제로 바이어스 전류를 구현하는 위상학적 초전도체이다.In order to solve the above problems, an aspect of the present invention provides an electronic device including the topological superconductor. The electronic device includes an organic crystal in which a plurality of unit layers having aromatic ring groups regularly arranged in a plane are stacked, wherein the stacking of the unit layers is between aromatic ring groups disposed in the unit layers adjacent to each other. It has an active layer realized by the pi-pi interaction of At least two edge electrodes spaced apart from each other are connected to an edge of one side of the active layer. At this time, the active layer is a topological superconductor that implements a zero bias current flowing along the edge even when no bias is applied.

상기 활성층은 단일 결정층이거나 상기 유기 결정을 다수개 포함하는 다결정 구조를 가질 수 있다. 상기 모서리 전극들은 4개일 수 있다. 상기 모서리 전극들이 형성된 면의 반대면 상에서 상기 활성층에 접속하는 게이트 전극들 더 포함할 수 있다.The active layer may have a single crystal layer or a polycrystalline structure including a plurality of the organic crystals. The corner electrodes may be four. It may further include gate electrodes connected to the active layer on a surface opposite to the surface on which the corner electrodes are formed.

상술한 본 발명에 따르면, 상온에서도 초전도성을 갖는 내재된 위상학적 초전도체(intrinsic topological superconductor) 및 이를 사용한 전자소자를 제공할 수 있다.According to the present invention described above, it is possible to provide an intrinsic topological superconductor having superconductivity even at room temperature and an electronic device using the same.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 결정(a) 및 이의 단위층(b)을 나타낸 개략도이다.
도 2는 도 1을 참조하여 설명한 유기 결정의 일부 영역을 구체적으로 나타낸 개략도이다.
도 3은 자가 조립 3차원 구조체 제조방법을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 결정의 단위 유기분자에 포함된 방향족 고리의 경계상태(edge state)를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 결정의 단위층의 상태를 나타낸 개략도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 결정의 상태를 나타낸 개략도이다.
도 8은 다결정 상태의 활성층의 상태를 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 결정을 구비하는 활성층을 이용한 전자소자를 나타낸 개략도이다.
도 10a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 결정을 구비하는 활성층을 이용한 전자소자를 나타낸 평면도이고, 도 10b는 도 10a의 절단선 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.
도 11는 3차원 유기결정 제조예에 따른 4,5,9,10-테트라키스(도데실옥시)-파이렌 3차원 유기결정의 X-선 스펙트럼을 나타낸다.
도 12는 초전도체 전자소자 제조예 1의 제조방법 진행 중 얻어진 펠렛 형태의 활성층을 촬영한 사진이다.
도 13은 초전도체 전자소자 제조예 1의 제조방법 진행 중 얻어진 펠렛 형태의 활성층의 X-선 스펙트럼을 나타낸다.
도 14는 초전도체 전자소자 제조예 2의 제조방법에 따라 얻어진 전자소자를 촬영한 사진이다.
도 15는 초전도체 전자소자 제조예 1에 따른 전자소자의 전압에 따른 전류특성을 나타낸 그래프이다.
도 16는 초전도체 전자소자 제조예 1에 따른 전자소자에 0V의 전압이 인가될 때, 시간에 따른 전류특성을 나타낸 그래프이다.
도 17은 초전도체 전자소자 제조예 1에 따른 전자소자의 전압에 따른 전류특성을 나타낸 그래프이다.
도 18은 초전도체 전자소자 제조예 3에 따른 전자소자의 전압에 따른 전류특성을 나타낸 그래프이다.
도 19는 초전도체 전자소자 제조예 3에 따른 전자소자에 0V의 전압이 인가될 때, 시간에 따른 전류특성을 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic view showing an organic crystal (a) and its unit layer (b) according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram specifically illustrating a partial region of an organic crystal described with reference to FIG. 1 .
3 is a schematic view showing a method for manufacturing a self-assembled three-dimensional structure.
4 is a conceptual diagram illustrating an edge state of an aromatic ring included in a unit organic molecule of an organic crystal according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram showing the state of a unit layer of an organic crystal according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 are schematic views showing the state of the organic crystal according to an embodiment of the present invention.
8 is a schematic diagram showing the state of an active layer in a polycrystalline state.
9 is a schematic diagram illustrating an electronic device using an active layer including an organic crystal according to an embodiment of the present invention.
10A is a plan view illustrating an electronic device using an active layer including organic crystals according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the cut line I-I' of FIG. 10A.
11 shows an X-ray spectrum of 4,5,9,10-tetrakis(dodecyloxy)-pyrene 3D organic crystal according to Preparation Example of 3D organic crystal.
12 is a photograph of an active layer in the form of pellets obtained during the manufacturing method of Superconducting Electronic Device Manufacturing Example 1. FIG.
13 shows an X-ray spectrum of an active layer in the form of a pellet obtained during the manufacturing method of Superconducting Electronic Device Preparation Example 1. FIG.
14 is a photograph of an electronic device obtained according to the manufacturing method of Superconducting Electronic Device Manufacturing Example 2;
15 is a graph showing current characteristics according to voltage of an electronic device according to Preparation Example 1 of a superconducting electronic device.
16 is a graph illustrating current characteristics with time when a voltage of 0V is applied to an electronic device according to Superconducting Electronic Device Manufacturing Example 1;
17 is a graph showing current characteristics according to voltage of an electronic device according to Preparation Example 1 of a superconducting electronic device.
18 is a graph showing current characteristics according to voltage of an electronic device according to Manufacturing Example 3 of a superconducting electronic device.
19 is a graph illustrating current characteristics according to time when a voltage of 0V is applied to an electronic device according to Manufacturing Example 3 of a superconducting electronic device.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to the specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals have been used for like elements.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. does not

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

자가 조립 유기 결정self-assembled organic crystals

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 결정(a) 및 이의 단위층(b)을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing an organic crystal (a) and its unit layer (b) according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 결정의 단위 층(Ln)은 평면 내에 규칙적으로 배열된 방향족 고리기들(Ar)을 구비할 수 있다(b). 상기 유기 결정의 단위층들(L1, L2, L3, L4)은 서로 인접하는 단위층들 내에 배치된 방향족 고리기들(Ar) 사이에는 파이-파이 상호작용에 의해 적층되어 3차원 유기 구조체 즉, 유기 결정(100)를 형성할 수 있다(a). 또한, 상기 유기 결정(100)은 결정 내에 규칙적으로 배열된 기공(V)을 구비할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a unit layer (Ln) of an organic crystal according to an embodiment of the present invention may include aromatic ring groups (Ar) regularly arranged in a plane (b). The unit layers (L 1 , L 2 , L 3 , and L 4 ) of the organic crystal are stacked between aromatic ring groups (Ar) disposed in the unit layers adjacent to each other by pi-pi interaction to form a three-dimensional (3D) layer. An organic structure, that is, the organic crystal 100 may be formed (a). In addition, the organic crystal 100 may have pores V that are regularly arranged in the crystal.

도 2는 도 1을 참조하여 설명한 유기 결정의 일부 영역을 구체적으로 나타낸 개략도이다.FIG. 2 is a schematic diagram specifically illustrating a partial region of an organic crystal described with reference to FIG. 1 .

도 2를 참조하면, 단위층(L1, L2) 내에 하기 화학식 1을 참조하여 나타낸 단위 유기분자들(UM)이 규칙적으로 배열된다. Referring to FIG. 2 , unit organic molecules UM shown with reference to Formula 1 below are regularly arranged in the unit layers L 1 , L 2 .

[화학식 1] [Formula 1]

Figure 112021005210184-pat00001
Figure 112021005210184-pat00001

상기 화학식 1에서, Ar은 6 내지 46 멤버의 방향족 고리로서, 모든 멤버가 탄소인 호모사이클릭 방향족 고리거나 혹은 N, P, B 또는 Si 에서 선택되는 어느 하나 이상을 갖는 헤테로사이클릭 방향족 고리일 수 있다. 또한, Ar은 하나의 고리로 이루어진, 일 예로서 6 멤버의, 모노사이클릭 방향족 고리이거나 혹은 방향족 고리 2개 이상이 서로 접합되어 축합고리를 형성한, 일 예로서 10 내지 46 멤버의, 2 내지 14개의 고리들을 갖는 폴리사이클릭 방향족 고리일 수 있다. In Formula 1, Ar is a 6 to 46 membered aromatic ring, and may be a homocyclic aromatic ring in which all members are carbon or a heterocyclic aromatic ring having at least one selected from N, P, B, or Si. have. In addition, Ar is a single ring, for example, a 6-membered, monocyclic aromatic ring, or two or more aromatic rings joined to each other to form a condensed ring, for example, a 10- to 46-membered, 2- to It may be a polycyclic aromatic ring having 14 rings.

구체적으로 상기 Ar은 하기 방향족 고리 중 어느 하나일 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 모노사이클릭 방향족인 벤젠 또는 헤테로 원자를 함유하는 벤젠의 방향족 유사체(heteroatom containing aromatic analogues of benzene)를 포함하는 Ar1 내지 Ar16의 벤젠 그룹; 2개의 고리들을 갖는 나프탈렌 또는 헤테로 원자를 함유하는 나프탈렌의 방향족 유사체를 포함하는 Ar17 내지 Ar30의 나프탈렌 그룹; 3개의 고리들을 갖는, 안트라센 또는 헤테로 원자를 함유하는 안트라센의 방향족 유사체를 포함하는 Ar31 내지 Ar45의 안트라센 그룹, 페날렌 또는 헤테로 원자를 함유하는 페날렌의 방향족 유사체를 포함하는 Ar46 내지 Ar51의 페날렌(phenalene) 그룹, 및 페난트라센 또는 헤테로 원자를 함유하는 페난트라센의 방향족 유사체를 포함하는Ar52 내지 Ar69의 페난트라센(phenanthrene) 그룹; 4개의 고리들을 갖는, 사이클로펜타[fg]아세나프틸렌 또는 헤테로 원자를 함유하는 사이클로펜타[fg]아세나프틸렌의 방향족 유사체를 포함하는 Ar70 내지 Ar71의 사이클로펜타[fg]아세나프틸렌(cyclopenta[fg]acenaphthylene) 그룹, 테트라센 또는 헤테로 원자를 함유하는 테트라센의 방향족 유사체를 포함하는Ar72 내지 Ar86의 테트라센(tetracene) 그룹, 파이렌 또는 헤테로 원자를 함유하는 파이렌의 방향족 유사체를 포함하는Ar87 내지 Ar100의 파이렌(pyrene) 그룹, 벤즈[de]안트라센 또는 헤테로 원자를 함유하는 벤즈[de]안트라센의 방향족 유사체를 포함하는Ar101 내지 Ar115의 벤즈[de]안트라센(benz[de]anthracene) 그룹, 및 트라이페닐렌 또는 헤테로 원자를 함유하는 트라이페닐렌의 방향족 유사체를 포함하는Ar116 내지 Ar130의 트라이페닐렌(triphenylene) 그룹; 5개의 고리들을 갖는, 펜타센 또는 헤테로 원자를 함유하는 펜타센의 방향족 유사체를 포함하는 Ar131 내지 Ar140의 펜타센(pentacene) 그룹; 6개의 외곽-융합된(peri-fused) 고리들을 갖는, 코로네네 또는 헤테로 원자를 함유하는 코로네네의 방향족 유사체를 포함하는 Ar141 내지 Ar148의 코로네네(coronene) 그룹; 또는 7개 이상이 고리들을 갖는 Ar149 내지 Ar152일 수 있다. Specifically, Ar may be any one of the following aromatic rings, but is not limited thereto. Specifically, a benzene group represented by Ar1 to Ar16, including monocyclic aromatic benzene or heteroatom containing aromatic analogues of benzene; a naphthalene group of Ar17 to Ar30, including naphthalene having two rings or an aromatic analog of naphthalene containing a hetero atom; The anthracene group of Ar31 to Ar45, including an aromatic analog of anthracene containing anthracene or hetero atom, having three rings, phenalene of Ar46 to Ar51, including aromatic analog of phenalene containing phenalene or hetero atom ( phenalene) group, and a phenanthrene group of Ar52 to Ar69 including phenanthracene or an aromatic analog of phenanthracene containing a hetero atom; Cyclopenta[fg]acenaphthylene of Ar70 to Ar71 containing aromatic analogs of cyclopenta[fg]acenaphthylene having four rings or cyclopenta[fg]acenaphthylene containing heteroatoms (cyclopenta[fg] ]acenaphthylene) group; A pyrene group of Ar100, a benz[de]anthracene or a benz[de]anthracene group of Ar101 to Ar115, including aromatic analogs of benz[de]anthracene containing a hetero atom, and a triphenylene group of Ar116 to Ar130, including triphenylene or an aromatic analog of triphenylene containing a hetero atom; a pentacene group of Ar131 to Ar140, including aromatic analogs of pentacene or pentacene containing heteroatoms, having 5 rings; a coronene group of Ar141 to Ar148, including an aromatic analog of coronene or coronene containing a hetero atom, having six peri-fused rings; or Ar149 to Ar152 having 7 or more rings.

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일 예로서, 상기 Ar은 Cn (n은 2 내지 6의 정수), 일 예로서 C2 (180° 대칭), C3 (120° 대칭), C4 (90° 대칭), 또는 C6 (60° 대칭)의 분자 대칭축(molecular symmetry axis)을 갖는 방향족 고리일 수 있다. 이 때, 상기 Ar의 모든 멤버가 탄소인 것으로 가정한다. As an example, the Ar is C n (n is an integer of 2 to 6), for example C 2 (180° symmetry), C 3 (120° symmetry), C 4 (90° symmetry), or C 6 ( 60° symmetry) may be an aromatic ring having an axis of molecular symmetry. In this case, it is assumed that all members of Ar are carbon.

구체적으로, 상기 예시된 Ar들 중 Ar1 내지 Ar16의 벤젠 그룹, Ar17 내지 Ar30의 나프탈렌 그룹, Ar31 내지 Ar45의 안트라센 그룹, Ar70 내지 Ar71의 사이클로펜타[fg]아세나프틸렌 그룹, Ar72 내지 Ar86의 테트라센 그룹, Ar87 내지 Ar100의 파이렌 그룹, Ar131 내지 Ar140의 펜타센 그룹, Ar141 내지 Ar148의 코로네네 그룹, 및 Ar149 내지 Ar159는 C2 (180°) 대칭을 갖고; Ar1 내지 Ar16의 벤젠 그룹, A46 내지 A51의 페날렌 그룹, Ar116 내지 Ar130의 트라이페닐렌(triphenylene) 그룹, 및 Ar141 내지 Ar148의 코로네네 그룹은 C3 (120°) 대칭을 갖고; Ar1 내지 Ar16의 벤젠 그룹 및 Ar141 내지 Ar148의 코로네네 그룹은 C6 (60°) 대칭을 갖는다.Specifically, among the exemplified Ars, Ar1 to Ar16 benzene group, Ar17 to Ar30 naphthalene group, Ar31 to Ar45 anthracene group, Ar70 to Ar71 cyclopenta[fg]acenaphthylene group, Ar72 to Ar86 tetracene The group, the pyrene group of Ar87 to Ar100, the pentacene group of Ar131 to Ar140, the coronene group of Ar141 to Ar148, and Ar149 to Ar159 have C 2 (180°) symmetry; the benzene group of Ar1 to Ar16, the phenalene group of A46 to A51, the triphenylene group of Ar116 to Ar130, and the coronene group of Ar141 to Ar148 have C 3 (120°) symmetry; The benzene group of Ar1 to Ar16 and the coronene group of Ar141 to Ar148 have C 6 (60°) symmetry.

상기 화학식 1에서, A1과 A2는 칼코겐 원소(chalcogen element)로서,

Figure 112021005210184-pat00049
또는
Figure 112021005210184-pat00050
일 수 있고, 서로 같거나 다를 수 있다. A1과 A2는 비공유 전자쌍을 가지고 있어 이들이 결합된 방향족 고리(Ar)에 전자를 공여(electron donating)할 수 있다. 이에 따라 방향족 고리(Ar)의 파이(π)-전자 구조 내 전자 밀도의 편재화가 유도될 수 있다. 구체적으로, A1과 A2가 결합된 위치에 인접한 영역의 전자 밀도가 다른 영역에 비해 상대적으로 높을 수 있으며, 그 외 부분은 상대적으로 낮을 수 있다.In Formula 1, A 1 and A 2 are chalcogen elements,
Figure 112021005210184-pat00049
or
Figure 112021005210184-pat00050
may be, and may be the same as or different from each other. A 1 and A 2 have a lone pair of electrons, so they can donate electrons to the aromatic ring (Ar) to which they are attached. Accordingly, localization of electron density in the pi (π)-electron structure of the aromatic ring (Ar) may be induced. Specifically, the electron density of the region adjacent to the position where A 1 and A 2 are bonded may be relatively high compared to other regions, and the other regions may be relatively low.

L1과 L2는 연결기로서, 서로 같거나 다를 수 있으며,

Figure 112021005210184-pat00051
,
Figure 112021005210184-pat00052
,
Figure 112021005210184-pat00053
,
Figure 112021005210184-pat00054
,
Figure 112021005210184-pat00055
,
Figure 112021005210184-pat00056
,
Figure 112021005210184-pat00057
,
Figure 112021005210184-pat00058
, 또는
Figure 112021005210184-pat00059
일 수 있다. 이 때, E, E1, 및 E2는 서로에 관계없이 O 또는 S일 수 있고, E1 및 E2는 서로 같거나 다를 수 있다. n1과 n2는 서로 같거나 다를 수 있고, 0 또는 1일 수 있다.L 1 and L 2 are a linking group, and may be the same as or different from each other,
Figure 112021005210184-pat00051
,
Figure 112021005210184-pat00052
,
Figure 112021005210184-pat00053
,
Figure 112021005210184-pat00054
,
Figure 112021005210184-pat00055
,
Figure 112021005210184-pat00056
,
Figure 112021005210184-pat00057
,
Figure 112021005210184-pat00058
, or
Figure 112021005210184-pat00059
can be In this case, E, E 1 , and E 2 may be O or S regardless of each other, and E 1 and E 2 may be the same as or different from each other. n 1 and n 2 may be the same as or different from each other, and may be 0 or 1.

Y1과 Y2는 유기기, 일 예로서 선형 유기기로서 서로에 관계없이

Figure 112021005210184-pat00060
일 수 있다. Y1과 Y2는 서로 같거나 다를 수 있다. a1, a2, a3, b1, 및 b2는 서로에 관계없이 0내지 30의 정수이며, a1+a2+a3+b1+b2는 3 내지 30의 정수일 수 있다. a1, a2, a3, b1, 및 b2의 각각 그리고 a1+a2+a3+b1+b2는 P1, P2, P3, Q1 및 Q2를 구성하는 작용기의 종류에 따라 달라질 수 있다. 다만, Y1과 Y2 사이에 충분한 물리적 상호작용이 미칠 수 있도록, Y1과 Y2 각각의 주쇄를 구성하는 원소의 수가 6 내지 30일 수 있다.Y 1 and Y 2 are an organic group, for example, a linear organic group, regardless of each other
Figure 112021005210184-pat00060
can be Y 1 and Y 2 may be the same as or different from each other. a 1 , a 2 , a 3 , b 1 , and b 2 may be an integer of 0 to 30 regardless of each other, and a 1 +a 2 +a 3 +b 1 +b 2 may be an integer of 3 to 30. each of a 1 , a 2 , a 3 , b 1 , and b 2 and a 1 +a 2 +a 3 +b 1 +b 2 constitute P 1 , P 2 , P 3 , Q 1 and Q 2 . It may vary depending on the type of functional group. However, the number of elements constituting the main chain of each of Y 1 and Y 2 may be 6 to 30 so that a sufficient physical interaction may occur between Y 1 and Y 2 .

상기 P1, P2, 및 P3는 서로에 관계없이 -CRaRb- 또는 -(CRaRb)rO-일 수 있다. 이 때, Ra와 Rb는 서로에 관계없이 H, F, Cl, Br, 또는 I일 수 있고, r은 1 내지 3의 정수일 수 있다. 구체적으로, P1, P2, 및 P3는 서로에 관계없이 -(CH2)-, -(CF2)-, -(CH2O)-, -(CH2CH2O)-, 또는 -(CH2CH2CH2O)-일 수 있다.The P 1 , P 2 , and P 3 may be -CR a R b - or -(CR a R b ) r O- regardless of each other. In this case, R a and R b may be H, F, Cl, Br, or I regardless of each other, and r may be an integer of 1 to 3. Specifically, P 1 , P 2 , and P 3 independently of each other are -(CH 2 )-, -(CF 2 )-, -(CH 2 O)-, -(CH 2 CH 2 O)-, or -(CH 2 CH 2 CH 2 O)-.

상기 Q1 및 Q2는 q1-(p1)c1-q2-(p2)c2-q3일 수 있고, 서로 같거나 다를 수 있다. q1과 q3는 서로에 관계없이

Figure 112021005210184-pat00061
또는
Figure 112021005210184-pat00062
일 수 있고, 서로 같거나 다를 수 있다. q2는 탄소에 결합된 수소기가 다른 작용기 예를 들어, F, Cl, Br, 또는 I로 치환되거나 혹은 비치환된
Figure 112021005210184-pat00063
,
Figure 112021005210184-pat00064
,
Figure 112021005210184-pat00065
,
Figure 112021005210184-pat00066
,
Figure 112021005210184-pat00067
,
Figure 112021005210184-pat00068
,
Figure 112021005210184-pat00069
,
Figure 112021005210184-pat00070
, 또는
Figure 112021005210184-pat00071
일 수 있다. p1과 p2는 서로에 관계없이 -CRaRb- 일 수 있고, Ra와 Rb는 서로에 관계없이 H, F, Cl, Br, 또는 I일 수 있고, c1과 c2는 0 내지 2의 정수일 수 있다. 일 예로서, Q1 및 Q2는 서로에 관계없이
Figure 112021005210184-pat00072
,
Figure 112021005210184-pat00073
,
Figure 112021005210184-pat00074
,
Figure 112021005210184-pat00075
,
Figure 112021005210184-pat00076
, 또는
Figure 112021005210184-pat00077
일 수 있다.Q 1 and Q 2 may be q 1 -(p 1 ) c1 -q 2 -(p 2 ) c2 -q 3 , and may be the same as or different from each other. q 1 and q 3 are independent of each other
Figure 112021005210184-pat00061
or
Figure 112021005210184-pat00062
may be, and may be the same as or different from each other. q 2 is an unsubstituted or substituted hydrogen group bonded to carbon with another functional group, for example, F, Cl, Br, or I.
Figure 112021005210184-pat00063
,
Figure 112021005210184-pat00064
,
Figure 112021005210184-pat00065
,
Figure 112021005210184-pat00066
,
Figure 112021005210184-pat00067
,
Figure 112021005210184-pat00068
,
Figure 112021005210184-pat00069
,
Figure 112021005210184-pat00070
, or
Figure 112021005210184-pat00071
can be p 1 and p 2 can be -CR a R b - independently of each other, R a and R b can be independently of each other H, F, Cl, Br, or I, c 1 and c 2 are It may be an integer from 0 to 2. As an example, Q 1 and Q 2 are independent of each other
Figure 112021005210184-pat00072
,
Figure 112021005210184-pat00073
,
Figure 112021005210184-pat00074
,
Figure 112021005210184-pat00075
,
Figure 112021005210184-pat00076
, or
Figure 112021005210184-pat00077
can be

일 구체예에서, Y1과 Y2는 서로에 관계없이

Figure 112021005210184-pat00078
(즉, 위에서 a2, a3, b1, 및 b2는 모두 0), 더 구체적으로는 -(CH2)a1-(a1은 6 내지 30의 정수) 또는 -(CH2CH2O)a1-(a1은 3 내지 10의 정수)일 수 있다.In one embodiment, Y 1 and Y 2 are independent of each other
Figure 112021005210184-pat00078
(ie, in the above, a 2 , a 3 , b 1 , and b 2 are all 0), more specifically -(CH 2 ) a1 -(a1 is an integer from 6 to 30) or -(CH 2 CH 2 O) a1 - (a1 is an integer from 3 to 10).

다른 구체예에서, Y1과 Y2는 서로에 관계없이

Figure 112021005210184-pat00079
(즉, 위에서 a3 및 b2는 모두 0)이고, 더 구체적으로는 P1은 -(CH2)-이고, a1은 3 내지 15의 정수이고, Q1
Figure 112021005210184-pat00080
,
Figure 112021005210184-pat00081
,
Figure 112021005210184-pat00082
,
Figure 112021005210184-pat00083
,
Figure 112021005210184-pat00084
, 또는
Figure 112021005210184-pat00085
이고, b1은 1이고, P2은 -(CH2)-이고, a2은 1 내지 3의 정수일 수 있다.In other embodiments, Y 1 and Y 2 are independent of each other
Figure 112021005210184-pat00079
(ie, in the above, a 3 and b 2 are both 0), more specifically, P 1 is -(CH 2 )-, a1 is an integer from 3 to 15, and Q 1 is
Figure 112021005210184-pat00080
,
Figure 112021005210184-pat00081
,
Figure 112021005210184-pat00082
,
Figure 112021005210184-pat00083
,
Figure 112021005210184-pat00084
, or
Figure 112021005210184-pat00085
, b1 may be 1, P 2 may be -(CH 2 )-, and a2 may be an integer of 1 to 3.

X1과 X2는 말단기로서 서로에 관계없이 -H, -F, -Cl, -Br, -I, -CRcRdRe, -OH, -COOH, -CHO, -SH, -COCRcRdRe, -COOCRcRdRe, -CRc=CRdRe, -CN, -N=C=O, -C=N=N-CRcRdRe, -C≡CRa, -NHCRcRdRe, 또는 -NH2일 수 있고, 서로 같거나 다를 수 있다. 이 때, Rc, Rd, 및 Re는 서로에 관계없이 H, F, Cl, Br, 또는 I일 수 있다. 일 예로서, -CRcRdRe은 -CH3 또는 -CF3일 수 있고, -COCRcRdRe는 -COCH3일 수 있고, -COOCRcRdRe는 -COOCH3일 수 있고, -CRc=CRdRe는 -CH=CH2, -CH=CF2, -CF=CH2, -CF=CF2, -CF=CH2, -CF=CFH, 또는 -CF=CF2일 수 있고, -C=N=N-CRcRdRe는 -C=N=N-CH3일 수 있고, -C≡CRa는 -C≡CH일 수 있고, -NHCRcRdRe는 -NHCH3일 수 있다. X 1 and X 2 are terminal groups, independently of each other -H, -F, -Cl, -Br, -I, -CR c R d R e , -OH, -COOH, -CHO, -SH, -COCR c R d R e , -COOCR c R d R e , -CR c =CR d R e , -CN, -N=C=O, -C=N=N-CR c R d R e , -C≡ CR a , -NHCR c R d R e , or -NH 2 , and may be the same as or different from each other. In this case, R c , R d , and R e may be H, F, Cl, Br, or I regardless of each other. As an example, -CR c R d R e may be -CH 3 or -CF 3 , -COCR c R d R e may be -COCH 3 , -COOCR c R d R e may be -COOCH 3 can be, -CR c =CR d R e is -CH=CH 2 , -CH=CF 2 , -CF=CH 2 , -CF=CF 2 , -CF=CH 2 , -CF=CFH, or -CF =CF 2 , -C=N=N-CR c R d R e may be -C=N=N-CH 3 , -C≡CR a may be -C≡CH, -NHCR c R d R e may be -NHCH 3 .

본 명세서 내에서 상기 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 각각은 스트레인(strain)으로 불리워질 수도 있다. 상기 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 상기 방향족 고리(Ar)의 치환 위치들(substitution positions) 중 바로 인접한 위치들 즉, 서로에 대해 오르소(ortho) 위치들(예를 들어, 하기 구조식 2의 G4와 G5 위치들) 또는 페리(peri) 위치들(예를 들어, 하기 구조식 2의 G1와 G3 위치들)에 결합될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 서로에 대해 상기 방향족 고리(Ar)의 오르소(ortho) 위치들에 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2, 구체적으로는 이들에 포함된 Y1과 Y2는 사이에는 물리적 상호작용, 일 예로서 반 데르 발스(Van Der Waals) 상호작용에 의한 인력이 있을 수 있고, 이에 의해 안정화되어 스트레인들의 강직성이 증가될 수 있다. In the present specification, each of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 may be referred to as a strain. The pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 are substitution positions of the aromatic ring (Ar) of immediately adjacent positions, i.e., ortho positions with respect to each other (eg, G 4 and G 5 positions of Structural Formula 2 below) or peri positions (eg, of Structural Formula 2 below) G 1 and G 3 positions). More specifically, the pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 are the aromatic rings (Ar) with respect to each other. may be bound to ortho positions. In this case, the -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 , specifically, Y 1 and Y 2 included therein are between There may be an attractive force due to a physical interaction, for example, a Van Der Waals interaction, thereby stabilizing and increasing the stiffness of the strains.

상기 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍 즉, 스트레인들의 쌍은 하나(m=1) 또는 2 개 내지 8 개(m=2~8)일 수 있다. 즉, 상기 화학식 1에서 m은 1 내지 8의 정수일 수 있다. 하나의 방향족 고리(Ar)에 결합할 수 있는 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍의 수의 최대값은 Ar의 멤버수 및 형태에 따라 달라질 수 있다. The -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 pair, that is, a pair of strains is one (m=1) or two to It may be 8 pieces (m=2-8). That is, in Formula 1, m may be an integer of 1 to 8. Maximum number of pairs of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 that can be bonded to one aromatic ring (Ar) may vary depending on the number and form of Ar members.

상기 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍이 2개 이상인 경우 즉, m이 2 이상인 경우에, 상기 Ar에 상기 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍들이 연결되는 위치들은 상기 Ar의 Cn (n은 2 내지 6의 정수) 대칭을 유지시키는 위치들 즉, 상기 Ar의 치환 위치들 중 동등한 대칭성을 갖는 위치들(symmetry-equivalent positions)일 수 있다. 상기 Ar이 Cn (n은 2 내지 6의 정수) 대칭인 경우, 상기 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍의 개수 m은 n과 같을 수 있다. 구체적으로 상기 Ar이 C2 (180°) 대칭인 경우, 상기 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍의 개수 m은 2일 수 있고, 상기 Ar에 두 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2이 연결되는 위치들은 상기 Ar의 C2 (180°) 대칭을 유지시키는 위치들일 수 있다. 다른 예에서, 상기 Ar이 C3 (120°) 대칭인 경우, 상기 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍의 개수 m은 3일 수 있고, 상기 Ar에 세 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2이 연결되는 위치들은 상기 Ar의 C3 (120°) 대칭을 유지시키는 위치들일 수 있다. 또 다른 예에서, 상기 Ar이 C4 (90°) 대칭인 경우, 상기 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍의 개수 m은 4일 수 있고, 상기 Ar에 네 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2이 연결되는 위치들은 상기 Ar의 C4 (90°) 대칭을 유지시키는 위치들일 수 있다. 다시 말해서, -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍의 수가 두 개 이상인 경우, 이들 쌍들 사이의 간격 즉, 상기 Ar의 중심에 대해 이들 쌍들이 이루는 각은 동일할 수 있다.When there are two or more pairs of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 , that is, when m is 2 or more, in the Ar The positions at which the -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 pairs are connected are C n of Ar (n is 2 to 6 ) may be positions maintaining symmetry, that is, positions having equal symmetry among the substitution positions of Ar. When Ar is C n (n is an integer of 2 to 6) symmetrical, -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 The number of pairs of m may be equal to n. Specifically, when Ar is C 2 (180°) symmetric, the pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 The number m may be 2, and the positions where two pairs of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 are connected to Ar are C 2 (180°) symmetry of Ar may be maintained. In another example, when Ar is C 3 (120°) symmetrical, -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 The number of pairs m may be 3, and three pairs of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 are connected to Ar The positions may be positions that maintain the C 3 (120°) symmetry of Ar. In another example, when Ar is C 4 (90°) symmetric, the -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 The number of pairs of m may be 4, and four pairs of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 are connected to Ar. The positions used may be positions that maintain the C 4 (90°) symmetry of Ar. In other words, if the number of pairs of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is two or more, the spacing between these pairs, that is, The angles formed by these pairs with respect to the center of Ar may be the same.

이에 더하여, -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍들 사이에는 -A1-(L1)n1-Y1-X1 또는 -A2-(L2)n2-Y2-X2가 결합되지 않은 치환 위치가 위치하여, 방향족 고리 내 전자 밀도의 편재화를 강화시킬 수 있다. 나아가, -A1-(L1)n1-Y1-X1 또는 -A2-(L2)n2-Y2-X2가 결합되지 않은 치환가능 위치들 중 적어도 일부에 U가 결합될 수 있다. In addition, -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 between pairs of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 A substitution position where -X 1 or -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is not bonded may be positioned to enhance localization of electron density in the aromatic ring. Further, U may be bonded to at least some of the substitutable positions to which -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 or -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is not bonded. have.

U는 시아노기, 히드록실기, 불소, 염소, 아이오드, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1내지 15의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 15의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 15의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 15의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 15의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 15의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬술폰기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬메르캅토기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬티오시안기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 또는 15의 알킬인산기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬니트로기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬니트로소기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬니트릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬이소티오시안산기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬이소시안산기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬시안산기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬아조기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬아지드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 케티민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알디민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 아마이드기, 탄소수 6 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 24의 아릴아미노기, 탄소수 3 내지 24의 아릴실릴기, 탄소수 3 내지 24의 아릴옥시기, 탄소수 1 내지 24의 알킬실릴기, 및 탄소수 1 내지 24의 알킬아미노기 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. o는 0 내지 x 사이의 정수일 수 있고, 이 때 x는 상기 Ar의 치환가능한 위치들의 개수에서 2m을 뺀 정수이다. 일 예로서, x는 최대 16일 수 있다.U is a cyano group, a hydroxyl group, fluorine, chlorine, iodine, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 3 to C 15 of a cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C15 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C15 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C5 to C15 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to 15 heteroaryl group, substituted or unsubstituted C 1 to C 15 arylalkyl group, substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkylsulfone group, substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkyl mercapto group, substituted Or an unsubstituted C 1 to C 15 alkylthiocyan group, a substituted or unsubstituted C 1 or C 15 alkyl phosphate group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkylnitro group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 of an alkylnitroso group, a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkylnitrile group, a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkylisothiocyanate group, a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkylisocyanic acid group , A substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkylcyanic acid group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkylazo group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkylazide group, a substituted or unsubstituted C 1 to 15 ketimine group, substituted or unsubstituted aldimine group having 1 to 15 carbon atoms, substituted or unsubstituted amide group having 1 to 15 carbon atoms, arylalkyl group having 6 to 24 carbon atoms, heteroaryl group having 2 to 24 carbon atoms, carbon number It may be any one selected from an arylamino group having 3 to 24 carbon atoms, an arylsilyl group having 3 to 24 carbon atoms, an aryloxy group having 3 to 24 carbon atoms, an alkylsilyl group having 1 to 24 carbon atoms, and an alkylamino group having 1 to 24 carbon atoms. . o may be an integer between 0 and x, where x is an integer obtained by subtracting 2m from the number of substitutable positions of Ar. As an example, x may be at most 16.

다수의 A1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 A2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 L1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 L2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 n1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 n2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 Y1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 Y2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 X1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 X2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 U들은 서로 같거나 다를 수 있다.A plurality of A 1 may be the same as or different from each other, a plurality of A 2 may be the same as or different from each other, a plurality of L 1 may be the same as or different from each other, a plurality of L 2 may be the same as or different from each other, a plurality of n1s may be the same as or different from each other, a plurality of n2s may be the same as or different from each other, a plurality of Y 1s may be the same as or different from each other, a plurality of Y 2s may be the same as or different from each other, and a plurality of X 1s may be different from each other. may be the same or different, a plurality of X 2s may be the same as or different from each other, and a plurality of Us may be the same or different from each other.

상기 화학식 1로 나타낸 화합물은 하기 구조식 1 내지 구조식 13 중 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 하기 구조식에 한정되는 것은 아니다.The compound represented by Formula 1 may be any one selected from the following Structural Formulas 1 to 13, but is not limited thereto.

[구조식 1][Structural Formula 1]

Figure 112021005210184-pat00086
Figure 112021005210184-pat00086

[구조식 2][Structural Formula 2]

Figure 112021005210184-pat00087
Figure 112021005210184-pat00087

[구조식 3] [Structural Formula 3]

Figure 112021005210184-pat00088
Figure 112021005210184-pat00088

[구조식 4][Structural Formula 4]

Figure 112021005210184-pat00089
Figure 112021005210184-pat00089

[구조식 5][Structural Formula 5]

Figure 112021005210184-pat00090
Figure 112021005210184-pat00090

[구조식 6][Structural Formula 6]

Figure 112021005210184-pat00091
Figure 112021005210184-pat00091

[구조식 7] [Structural Formula 7]

Figure 112021005210184-pat00092
Figure 112021005210184-pat00092

[구조식 8][Structural Formula 8]

Figure 112021005210184-pat00093
Figure 112021005210184-pat00093

[구조식 9][Structural Formula 9]

Figure 112021005210184-pat00094
Figure 112021005210184-pat00094

[구조식 10][Structural formula 10]

Figure 112021005210184-pat00095
Figure 112021005210184-pat00095

[구조식 11][Structural Formula 11]

Figure 112021005210184-pat00096
Figure 112021005210184-pat00096

[구조식 12][Structural formula 12]

Figure 112021005210184-pat00097
Figure 112021005210184-pat00097

[구조식 13][Structural formula 13]

Figure 112021005210184-pat00098
Figure 112021005210184-pat00098

상기 구조식 1 내지 구조식 13에서, T1 내지 T40는 모두 C이거나; T1 내지 T40중 일부는 서로에 관계없이 N, P, B 또는 Si일 수 있고, 나머지는 C일 수 있다. 또한, Gn들은 방향족 고리(상기 화학식 1의 Ar)의 치환 위치들로 이들 중 일부에 화학식 1의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 스트레인들과 U가 치환될 수 있다.In Structural Formulas 1 to 13, T 1 to T 40 are all C; Some of T 1 to T 40 may be N, P, B or Si independently of each other, and others may be C. In addition, Gn is a substitution position of the aromatic ring (Ar of Formula 1), and some of them are -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 of Formula 1 -Y 2 -X 2 strains and U may be substituted.

상기 화학식 1으로 나타낸 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1e 중 어느 하나의 화합물일 수 있다.The compound represented by Chemical Formula 1 may be any one of the following Chemical Formulas 1a to 1e.

[화학식 1a][Formula 1a]

Figure 112021005210184-pat00099
Figure 112021005210184-pat00099

[화학식 1b][Formula 1b]

Figure 112021005210184-pat00100
Figure 112021005210184-pat00100

[화학식 1c][Formula 1c]

Figure 112021005210184-pat00101
Figure 112021005210184-pat00101

[화학식 1d][Formula 1d]

Figure 112021005210184-pat00102
Figure 112021005210184-pat00102

[화학식 1e][Formula 1e]

Figure 112021005210184-pat00103
Figure 112021005210184-pat00103

상기 화학식들 1a 내지 1e에서, Ar, A1, A2, L1, L2, n1, n2, Y1, Y2, X1, X2, m, U 및 o는 상기 화학식 1에서 설명한 Ar, A1, A2, L1, L2, n1, n2, Y1, Y2, X1, X2, m, U 및 o과 각각 동일할 수 있다. 각 화학식들에서 다수의 A1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 A2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 L1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 L2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 n1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 n2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 Y1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 Y2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 X1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 X2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 U들은 서로 같거나 다를 수 있다.In Formulas 1a to 1e, Ar, A 1 , A 2 , L 1 , L 2 , n1 , n2 , Y 1 , Y 2 , X 1 , X 2 , m, U and o are Ar described in Formula 1 , A 1 , A 2 , L 1 , L 2 , n1 , n2 , Y 1 , Y 2 , X 1 , X 2 , m, U and o, respectively. In each formula, a plurality of A 1s may be the same as or different from each other, a plurality of A 2 may be the same as or different from each other, a plurality of L 1 may be the same as or different from each other, and a plurality of L 2 may be the same as or different from each other. and a plurality of n1s may be the same or different from each other, a plurality of n2 may be the same as or different from each other, a plurality of Y 1 may be the same as or different from each other, a plurality of Y 2 may be the same as or different from each other, and a plurality of X 1s may be the same as or different from each other, a plurality of X 2s may be the same as or different from each other, and a plurality of Us may be the same or different from each other.

특히, 상기 화학식 1으로 나타낸 화합물은 상기 화학식 1c 내지 1e 중 어느 하나의 화합물일 수 있다. In particular, the compound represented by Formula 1 may be any one of Formulas 1c to 1e.

구체적으로, 상기 화학식 1c의 화합물은 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍 즉, 스트레인들의 쌍이 두 개인 화합물로, 상기 화학식 1c에서 Ar은 C2 (180°) 대칭을 가질 수 있고, 구체적으로 상기 Ar은 상기 Ar1 내지 Ar16의 벤젠 그룹, Ar17 내지 Ar30의 나프탈렌 그룹, Ar31 내지 Ar45의 안트라센 그룹, Ar70 내지 Ar71의 사이클로펜타[fg]아세나프틸렌 그룹, Ar72 내지 Ar86의 테트라센 그룹, Ar87 내지 Ar100의 파이렌 그룹, Ar131 내지 Ar140의 펜타센 그룹, Ar141 내지 Ar148의 코로네네 그룹, 및 Ar149 내지 Ar159로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 방향족 고리일 수 있다. 또한, 상기 Ar에 상기 스트레인들이 연결되는 위치들은 C2 (180°) 대칭이 유지되는 위치들 즉, 상기 Ar의 치환 위치들 중 동등한 대칭성을 갖는 위치들일 수 있다. 나아가, 상기 Ar에 상기 한 쌍의 스트레인들이 연결되는 위치들은 서로 오르소 위치에 있을 수 있다. 또한, 상기 쌍들 사이에는 상기 스트레인이 연결되지 않은 치환 위치가 위치할 수 있다.Specifically, the compound of Formula 1c is a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 , that is, a compound having two pairs of strains. Thus, in Formula 1c, Ar may have C 2 (180°) symmetry, and specifically, Ar is a benzene group of Ar1 to Ar16, a naphthalene group of Ar17 to Ar30, an anthracene group of Ar31 to Ar45, Ar70 to Ar71 of cyclopenta[fg]acenaphthylene group, Ar72 to Ar86 tetracene group, Ar87 to Ar100 pyrene group, Ar131 to Ar140 pentacene group, Ar141 to Ar148 coronene group, and Ar149 to Ar159 It may be any one aromatic ring selected from. Also, positions at which the strains are connected to Ar may be positions at which C 2 (180°) symmetry is maintained, that is, positions having equal symmetry among substitution positions of Ar. Furthermore, positions at which the pair of strains are connected to Ar may be in an ortho position to each other. In addition, a substitution position to which the strain is not connected may be located between the pairs.

구체적으로, 상기 Ar이 상기 구조식 1의 벤젠 그룹인 경우, 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G1과 G2 위치에 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G4와 G5위치에 결합될 수 있고, 나머지 G3 또는 G6에는 U가 결합되거나 결합되지 않을 수 있다. 이 때, o는 0 내지 2의 정수일 수 있다.Specifically, when Ar is a benzene group of Structural Formula 1, a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 are Another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 at positions G 1 and G 2 is at positions G 4 and G 5 may be bonded, and U may or may not be bonded to the remaining G 3 or G 6 . In this case, o may be an integer of 0 to 2.

상기 Ar이 상기 구조식 2의 나프탈렌 그룹인 경우, 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G4과 G5 위치에 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G9와 G10위치에 결합될 수 있고, 나머지 G1, G3, G6, 또는 G8에는 U가 결합되거나 결합되지 않을 수 있다. 이 때, o는 0 내지 4의 정수일 수 있다.When Ar is a naphthalene group of Structural Formula 2, a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is G 4 and Another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 at the G 5 position can be bonded at the G 9 and G 10 positions. and U may or may not be bonded to the remaining G 1 , G 3 , G 6 , or G 8 . In this case, o may be an integer of 0 to 4.

상기 Ar이 상기 구조식 3의 안트라센 그룹인 경우, 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G6과 G7 위치에 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G13와 G14위치에 결합될 수 있고, 나머지 G1, G3, G5, G8, G10, 또는 G12에는 U가 결합되거나 결합되지 않을 수 있다. 이 때, o는 0 내지 6의 정수일 수 있다.When Ar is an anthracene group of Structural Formula 3, a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is G 6 and Another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 at the G 7 position can be bonded at the G 13 and G 14 positions. and U may or may not be bonded to the remaining G 1 , G 3 , G 5 , G 8 , G 10 , or G 12 . In this case, o may be an integer of 0 to 6.

상기 Ar이 상기 구조식 6의 사이클로펜타[fg]아세나프틸렌 그룹인 경우, 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G1과 G2 위치에 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G7와 G8위치에 결합될 수 있고, 나머지 G4, G5, G10, 또는 G11에는 U가 결합되거나 결합되지 않을 수 있다. 이 때, o는 0 내지 4의 정수일 수 있다. 상기 Ar이 상기 구조식 6의 사이클로펜타[fg]아세나프틸렌 그룹인 경우의 다른 예에서, 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G4과 G5 위치에 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G10와 G11위치에 결합될 수 있고, 나머지 G1, G2, G7, 또는 G8에는 U가 결합되거나 결합되지 않을 수 있다. 이 때, o는 0 내지 4의 정수일 수 있다. When Ar is a cyclopenta[fg]acenaphthylene group of Structural Formula 6, a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 with G 7 in positions G 1 and G 2 It may be bonded to the G 8 position, and U may or may not be bonded to the remaining G 4 , G 5 , G 10 , or G 11 . In this case, o may be an integer of 0 to 4. In another example when Ar is a cyclopenta[fg]acenaphthylene group of Structural Formula 6, a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 in positions G 4 and G 5 may be bonded to G 10 and G 11 positions, and U may or may not be bonded to the remaining G 1 , G 2 , G 7 , or G 8 . In this case, o may be an integer of 0 to 4.

상기 Ar이 상기 구조식 7의 테트라센 그룹인 경우, 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G8과 G9 위치에 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G17와 G18위치에 결합될 수 있고, 나머지 G1, G3, G5, G7, G10, G12, G14, 또는 G16에는 U가 결합되거나 결합되지 않을 수 있다. 이 때, o는 0 내지 8의 정수일 수 있다.When Ar is a tetracene group of Structural Formula 7, a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is G 8 and another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 at positions G 9 and G 17 and G 18 and U may or may not be bonded to the remaining G 1 , G 3 , G 5 , G 7 , G 10 , G 12 , G 14 , or G 16 . In this case, o may be an integer from 0 to 8.

상기 Ar이 상기 구조식 8의 파이렌 그룹인 경우, 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G4과 G5 위치에 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G11와 G12위치에 결합될 수 있고, 나머지 G1, G2, G7, G8, G9, 또는 G14에는 U가 결합되거나 결합되지 않을 수 있다. 이 때, o는 0 내지 6의 정수일 수 있다.When Ar is a pyrene group of Structural Formula 8, a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is G 4 and another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 at positions G 5 and G 11 are bound to positions G 11 and G 12 and U may or may not be bonded to the remaining G 1 , G 2 , G 7 , G 8 , G 9 , or G 14 . In this case, o may be an integer of 0 to 6.

상기 Ar이 상기 구조식 11의 펜타센 그룹인 경우, 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G10과 G11 위치에 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G21와 G22위치에 결합될 수 있고, 나머지 G1, G3, G5, G7, G9, G12, G14, G16, G18, 또는 G20에는 U가 결합되거나 결합되지 않을 수 있다. 이 때, o는 0 내지 10의 정수일 수 있다.When Ar is a pentacene group of Structural Formula 11, a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is G 10 and another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 at positions G 11 and G 21 are bound to positions G 21 and G 22 and U may or may not be bonded to the remaining G 1 , G 3 , G 5 , G 7 , G 9 , G 12 , G 14 , G 16 , G 18 , or G 20 . In this case, o may be an integer from 0 to 10.

상기 Ar이 상기 구조식 12의 코로네네 그룹인 경우, 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G6과 G7 위치에 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G15와 G16위치에 결합될 수 있고, 나머지 G1, G3, G4, G9, G10, G12, G13, 또는 G18에는 U가 결합되거나 결합되지 않을 수 있다. 이 때, o는 0 내지 8의 정수일 수 있다.When Ar is a coronene group of Structural Formula 12, a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is G 6 and another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 at positions G 7 and G 15 and G 16 and U may or may not be bonded to the remaining G 1 , G 3 , G 4 , G 9 , G 10 , G 12 , G 13 , or G 18 . In this case, o may be an integer from 0 to 8.

상기 Ar이 상기 구조식 13의 방향족 고리인 경우, 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G8과 G9 위치에 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G21와 G22위치에 결합될 수 있고, 나머지 G1, G3, G4, G6, G11, G13, G14, G16, G17, G19, G24, 또는 G26에는 U가 결합되거나 결합되지 않을 수 있다. 이 때, o는 0 내지 12의 정수일 수 있다.When Ar is the aromatic ring of Structural Formula 13, a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is G 8 and Another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 at position G 9 can be bonded at position G 21 and G 22 and U may or may not be bonded to the remaining G 1 , G 3 , G 4 , G 6 , G 11 , G 13 , G 14 , G 16 , G 17 , G 19 , G 24 , or G 26 . In this case, o may be an integer from 0 to 12.

상기 화학식 1d의 화합물은 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍 즉, 스트레인들의 쌍이 세 개(화학식 1에서 m=3)인 화합물이다. 상기 화학식 1d에서 Ar은 C3 (120°) 대칭을 가질 수 있고, 구체적으로 상기 Ar은 상기 A46 내지 A51의 페날렌 그룹, Ar116 내지 Ar130의 트라이페닐렌(triphenylene) 그룹, 및 Ar141 내지 Ar148의 코로네네 그룹으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 방향족 고리일 수 있다. 또한, 상기 Ar에 상기 스트레인들이 연결되는 위치들은 C3 (120°) 대칭이 유지되는 위치들 즉, 상기 Ar의 치환 위치들 중 동등한 대칭성을 갖는 위치들일 수 있다. 나아가, 상기 Ar에 상기 한 쌍의 스트레인들이 연결되는 위치들은 서로 오르소 위치에 있을 수 있다. 또한, 상기 쌍들 사이에는 상기 스트레인이 연결되지 않은 치환 위치가 위치할 수 있다.The compound of Formula 1d has a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 , that is, three pairs of strains (in Formula 1) m=3). In Formula 1d, Ar may have C 3 (120°) symmetry, and specifically, Ar is a phenalene group of A46 to A51, a triphenylene group of Ar116 to Ar130, and a co of Ar141 to Ar148. It may be any one aromatic ring selected from the group consisting of four groups. Also, positions at which the strains are connected to Ar may be positions at which C 3 (120°) symmetry is maintained, that is, positions having equal symmetry among substitution positions of Ar. Furthermore, positions at which the pair of strains are connected to Ar may be in an ortho position to each other. In addition, a substitution position to which the strain is not connected may be located between the pairs.

상기 Ar이 상기 구조식 4의 페날렌 그룹인 경우, 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G1과 G2 위치에, 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G5와 G6위치에 결합될 수 있고, 또 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G9와 G10위치에 결합될 수 있고, 나머지 G4, G8, 또는 G13에는 U가 결합되거나 결합되지 않을 수 있다. 이 때, o는 0 내지 3의 정수일 수 있다.When Ar is a phenalene group of Structural Formula 4, a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is G 1 and at the G 2 position, another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 bonds at the G 5 and G 6 positions and another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 may be bonded at positions G 9 and G 10 . and U may or may not be bonded to the remaining G 4 , G 8 , or G 13 . In this case, o may be an integer of 0 to 3.

상기 Ar이 상기 구조식 10의 트라이페닐렌 그룹인 경우, 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G1과 G2 위치에, 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G7와 G8위치에 결합될 수 있고, 또 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G13와 G14위치에 결합될 수 있고, 나머지 G3, G6, G9, G12, G15, 또는 G18에는 U가 결합되거나 결합되지 않을 수 있다. 이 때, o는 0 내지 6의 정수일 수 있다.When Ar is a triphenylene group of Structural Formula 10, a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is G At positions 1 and G 2 , another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 at positions G 7 and G 8 may be bonded, and another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is bonded at the G 13 and G 14 positions and U may or may not be bonded to the remaining G 3 , G 6 , G 9 , G 12 , G 15 , or G 18 . In this case, o may be an integer of 0 to 6.

상기 Ar이 상기 구조식 12의 코로네네 그룹인 경우, 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G6과 G7 위치에 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G12와 G13위치에 결합될 수 있고, 또 다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G1와 G18위치에 결합될 수 있고, 나머지 G3, G4, G9, G10, G15, 또는 G16에는 U가 결합되거나 결합되지 않을 수 있다. 이 때, o는 0 내지 6의 정수일 수 있다.When Ar is a coronene group of Structural Formula 12, a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 is G 6 and another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 at positions G 7 and G 12 are bound to positions G 12 and G 13 and another pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 may be bonded at positions G 1 and G 18 and U may or may not be bonded to the remaining G 3 , G 4 , G 9 , G 10 , G 15 , or G 16 . In this case, o may be an integer of 0 to 6.

상기 화학식 1e의 화합물은 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍 즉, 스트레인들의 쌍이 세 개(화학식 1에서 m=4)인 화합물이다. 상기 화학식 1e에서 Ar은 C4 (90°) 대칭을 가질 수 있다. 또한, 상기 Ar에 상기 스트레인들이 연결되는 위치들은 C4 (90°) 대칭이 유지되는 위치들 즉, 상기 Ar의 치환 위치들 중 동등한 대칭성을 갖는 위치들일 수 있다. 나아가, 상기 Ar에 상기 한 쌍의 스트레인들이 연결되는 위치들은 서로 오르소 위치에 있을 수 있다. 또한, 상기 쌍들 사이에는 상기 스트레인이 연결되지 않은 치환 위치가 위치할 수 있다.The compound of Formula 1e is a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 , that is, three pairs of strains (in Formula 1) m=4). In Formula 1e, Ar may have C 4 (90°) symmetry. Also, positions at which the strains are connected to Ar may be positions at which C 4 (90°) symmetry is maintained, that is, positions having equal symmetry among substitution positions of Ar. Furthermore, positions at which the pair of strains are connected to Ar may be in an ortho position to each other. In addition, a substitution position to which the strain is not connected may be located between the pairs.

다른 실시예에서, 유기 결정를 구성하는 유기화합물은 하기 화학식 2로 표시될 수 있다.In another embodiment, the organic compound constituting the organic crystal may be represented by Formula 2 below.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112021005210184-pat00104
Figure 112021005210184-pat00104

상기 화학식2에서, Ar, A1, A2, L1, L2, n1, n2, Y1, Y2, X1, X2, U 및 o는 상기 화학식 1에서 설명한 Ar, A1, A2, L1, L2, n1, n2, Y1, Y2, X1, X2, U 및 o과 각각 동일할 수 있다. 각 화학식들에서 다수의 A1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 A2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 L1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 L2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 n1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 n2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 Y1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 Y2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 X1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 X2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 U들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 o들은 서로 같거나 다를 수 있다.In Formula 2, Ar, A 1 , A 2 , L 1 , L 2 , n1 , n2 , Y 1 , Y 2 , X 1 , X 2 , U and o are Ar, A 1 , A described in Formula 1 above. 2 , L 1 , L 2 , n1 , n2 , Y 1 , Y 2 , X 1 , X 2 , U and o, respectively. In each formula, a plurality of A 1s may be the same as or different from each other, a plurality of A 2 may be the same as or different from each other, a plurality of L 1 may be the same as or different from each other, and a plurality of L 2 may be the same as or different from each other. and a plurality of n1s may be the same or different from each other, a plurality of n2 may be the same as or different from each other, a plurality of Y 1 may be the same as or different from each other, a plurality of Y 2 may be the same as or different from each other, and a plurality of X 1s may be the same as or different from each other, a plurality of X 2s may be the same as or different from each other, a plurality of Us may be the same as or different from each other, and a plurality of o may be the same or different from each other.

상기 화학식 2에서 Z1 및 Z2는 서로에 관계없이 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 15의 시클로 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 15의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 15의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 15의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 15의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬술폰기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬메르캅토기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬티오시안기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 또는 15의 알킬인산기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬니트로기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬니트로소기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬니트릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬이소티오시안산기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬이소시안산기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬시안산기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬아조기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬아지드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 케티민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알디민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 아마이드기, 탄소수 6 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 24의 아릴아미노기, 탄소수 3 내지 24의 아릴실릴기, 탄소수 3 내지 24의 아릴옥시기, 탄소수 1 내지 24의 알킬실릴기, 탄소수 1 내지 24의 알킬아미노기 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다. In Formula 2, Z 1 and Z 2 are independently of each other a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkoxy group, or a substituted or unsubstituted C 3 to C 15 cyclo Alkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C15 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C15 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C5 to C15 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to C15 of a heteroaryl group, a substituted or unsubstituted arylalkyl group having 1 to 15 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkylsulfone group having 1 to 15 carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkylmercapto group having 1 to 15 carbon atoms, substituted or unsubstituted A substituted or unsubstituted C1 to C15 alkylthiocyan group, a substituted or unsubstituted C1 or C15 alkylphosphoric acid group, a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkylnitro group, or a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkyl A nitroso group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkylnitrile group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkyl isothiocyanate group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkyl isocyanate group, substituted or an unsubstituted C 1 to C 15 alkylcyanic acid group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkylazo group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkylazide group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 of a ketimine group, a substituted or unsubstituted aldimine group having 1 to 15 carbon atoms, a substituted or unsubstituted amide group having 1 to 15 carbon atoms, an arylalkyl group having 6 to 24 carbon atoms, a heteroaryl group having 2 to 24 carbon atoms, a carbon number 3 to It may be any one selected from an arylamino group having 24 carbon atoms, an arylsilyl group having 3 to 24 carbon atoms, an aryloxy group having 3 to 24 carbon atoms, an alkylsilyl group having 1 to 24 carbon atoms, and an alkylamino group having 1 to 24 carbon atoms.

상기 화학식 2에서 ℓ은 1 내지 4의 정수일 수 있다.In Formula 2, ℓ may be an integer of 1 to 4.

다른 실시예에서, 유기 결정를 구성하는 유기화합물은 하기 화학식 3으로 표시될 수 있다.In another embodiment, the organic compound constituting the organic crystal may be represented by the following formula (3).

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112021005210184-pat00105
Figure 112021005210184-pat00105

상기 화학식 3 에서 Ar, A1, A2, L1, L2, n1, n2, Y1, Y2, X1, X2, U 및 o는 상기 화학식 1에서 설명한 Ar, A1, A2, L1, L2, n1, n2, Y1, Y2, X1, X2, U 및 o과 각각 동일할 수 있다. 각 화학식들에서 다수의 A1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 A2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 L1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 L2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 n1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 n2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 Y1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 Y2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 X1들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 X2들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 U들은 서로 같거나 다를 수 있고, 다수의 o들은 서로 같거나 다를 수 있다.In Formula 3, Ar, A 1 , A 2 , L 1 , L 2 , n1 , n2 , Y 1 , Y 2 , X 1 , X 2 , U and o are Ar, A 1 , A 2 described in Formula 1 above. , L 1 , L 2 , n1 , n2 , Y 1 , Y 2 , X 1 , X 2 , U and o, respectively. In each formula, a plurality of A 1s may be the same as or different from each other, a plurality of A 2 may be the same as or different from each other, a plurality of L 1 may be the same as or different from each other, and a plurality of L 2 may be the same as or different from each other. and a plurality of n1s may be the same or different from each other, a plurality of n2 may be the same as or different from each other, a plurality of Y 1 may be the same as or different from each other, a plurality of Y 2 may be the same as or different from each other, and a plurality of X 1s may be the same as or different from each other, a plurality of X 2s may be the same as or different from each other, a plurality of Us may be the same as or different from each other, and a plurality of o may be the same or different from each other.

상기 화학식 3 에서 X1' 및 X2'은 서로에 관계없이

Figure 112021005210184-pat00106
,
Figure 112021005210184-pat00107
,
Figure 112021005210184-pat00108
,
Figure 112021005210184-pat00109
Figure 112021005210184-pat00110
,
Figure 112021005210184-pat00111
,
Figure 112021005210184-pat00112
, 또는
Figure 112021005210184-pat00113
이고,A′ 및 A″는 서로에 관계없이 O 또는 S이고, Rf, Rg, Rh, Ri, Rj, Rf′, 및 Rg′는 서로에 관계없이 H 또는 C1 내지 C3의 알킬기일 수 있다.In Formula 3, X 1 ' and X 2 ' are independent of each other.
Figure 112021005210184-pat00106
,
Figure 112021005210184-pat00107
,
Figure 112021005210184-pat00108
,
Figure 112021005210184-pat00109
Figure 112021005210184-pat00110
,
Figure 112021005210184-pat00111
,
Figure 112021005210184-pat00112
, or
Figure 112021005210184-pat00113
, A′ and A″ independently of each other are O or S, and R f , R g , R h , R i , R j , R f ′, and R g ′ independently of each other are H or C1 to C3 may be an alkyl group of

또한, ℓ은 1 내지 4의 정수일 수 있다.In addition, ℓ may be an integer of 1 to 4.

상기 화학식 1 구체적으로, 화학식 1c 내지 1e로 나타낸 화합물들 즉, 단위 유기분자들(UM)은 자가 조립되어 3차원 유기 구조체 즉, 유기 결정을 형성할 수 있다. 도 2는 화학식 1c에 도시된 단위 유기분자를 사용한 유기 구조체를 나타내나 이에 한정되는 것은 아니다. Specifically, the compounds represented by Chemical Formulas 1c to 1e, that is, unit organic molecules (UM) may self-assemble to form a three-dimensional organic structure, that is, an organic crystal. 2 shows an organic structure using the unit organic molecule shown in Formula 1c, but is not limited thereto.

하나의 단위 유기분자(UM) 내에서 방향족 고리에 연결된 한 쌍의 치환기들인 -A-(L)n-Y-X들은 방향족 고리의 치환가능한 위치들 중 바로 인접한 위치들, 예를 들어 오르소(ortho) 위치 또는 페리(peri) 위치에 결합되어 있을 수 있다. 이 경우 한 쌍의 -A-(L)n-Y-X들 구체적으로 이들 각자에 포함된 Y기들은 물리적 상호작용(Physical Interaction, PIa)에 의해 구체적으로, 반 데르 발스(Van Der Waals) 상호작용에 의해 안정화될 수 있다. 그 결과, 한 쌍의 -A-(L)n-Y-X들 즉, 한 쌍의 스트레인들(strains)은 한 스트레인의 -A-(L)n-Y-X에 비해 유연성이 감소하여 보다 강직해질(rigid) 수 있다.A pair of substituents -A-(L) n -YX connected to an aromatic ring in one unit organic molecule (UM) are immediately adjacent to substitutable positions of the aromatic ring, for example, ortho It may be bound to a location or a peri location. In this case, a pair of -A-(L) n -YXs specifically, the Y groups included in each of them, are specifically involved in the Van Der Waals interaction by physical interaction (PIa). can be stabilized by As a result, a pair of -A-(L) n -YXs, that is, a pair of strains, has reduced flexibility compared to a pair of -A-(L) n -YX of a strain and becomes more rigid (rigid). ) can be

한편, A는 비공유 전자쌍을 가지고 있어 결합된 방향족 고리(Ar)에 전자 공여(electron donating)할 수 있다. 그 결과 방향족 고리(Ar) 내에 파이(π)-전자 구조의 전자 밀도가 편재화되어 전자 밀도가 상대적으로 높은 영역과 또한 상대적으로 낮은 영역이 배치될 수 있다. 다시 말해서, 방향족 고리(Ar)에 결합된 A는 방향족 고리(Ar) 내 전자 밀도의 편재화를 유도할 수 있다. On the other hand, A has a lone pair of electrons, so it can donate electrons to the bonded aromatic ring (Ar). As a result, the electron density of the pi (π)-electron structure is localized in the aromatic ring (Ar), so that a region having a relatively high electron density and a region having a relatively low electron density may be disposed. In other words, A bonded to the aromatic ring (Ar) may induce localization of electron density in the aromatic ring (Ar).

구체적으로, -A-(L)n-Y-X들(스트레인) 쌍의 개수 (화학식 1의 m)의 두 배에 해당하는 전기다중극자가 강화될 수 있다. 일 예로서, 화학식 1a 및 화학식 1b로 나타낸 1 배위형 유기 분자의 경우, 방향족 고리(Ar) 내에 사중극자(quadrupole)가 강화될 수 있으며, 화학식 1c로 나타낸 2 배위형 즉, 직선형 유기 분자의 경우, 방향족 고리(Ar) 내에 사중극자(quadrupole)가 더욱 강화될 수 있다. 또한, 화학식 1d로 나타낸 3 배위형 유기 분자의 경우, 방향족 고리(Ar) 내에 헥사폴(hexapole)이 강화될 수 있고, 또한 화학식 1e로 나타낸 4 배위형 유기 분자의 경우, 방향족 고리(Ar) 내에 옥타폴(octapole)이 강화될 수 있다.Specifically, an electric multipole corresponding to twice the number of -A-(L) n -YXs (strain) pairs (m in Formula 1) may be strengthened. As an example, in the case of one-coordinated organic molecules represented by Chemical Formulas 1a and 1b, a quadrupole may be reinforced in the aromatic ring (Ar), and in the case of a bi-coordinated organic molecule represented by Chemical Formula 1c, that is, a linear organic molecule. , a quadrupole in the aromatic ring (Ar) may be further strengthened. In addition, in the case of a three-coordinated organic molecule represented by Formula 1d, a hexapole may be reinforced in the aromatic ring (Ar), and in the case of a tetracoordinated organic molecule represented by Formula 1e, in the aromatic ring (Ar) The octapole may be enhanced.

이러한 단위 유기분자들(UM)이 다수개 위치할 때, 일 방향(예를 들어 X 방향)으로 인접하는 단위 유기분자들(UM) 사이의 X기들은 물리적 상호작용, 구체적으로 반 데르 발스(Van Der Waals) 상호작용, 런던 분산력(London dispersion interaction) 또는 수소 결합(hydrogen bonding)에 의해 비공유 결합(PIb)될 수 있다. 일 예로서, X기들 중 -CF3, -SH, -F, -Cl, -Br, -I, -CH=CF2, -CF=CH2, -CF=CF2, -CF=CH2, -CF=CFH, -CF=CF2, -COCH3, -COOCH3, -CHO, -CN, -N=C=O, 및 -C=N=N-CH3은 반 데르 발스 상호작용에 의해 결합할 수 있고, -H, -CH3 ,-CH=CH2, 및 -C≡CH는 런던 분산력에 의해 결합할 수 있고, -OH, -COOH, -NH2, 또는 -NHCH3는 수소 결합에 의해 결합할 수 있다.When a plurality of these unit organic molecules (UM) are located, the X groups between the unit organic molecules (UM) adjacent in one direction (for example, the X direction) have physical interactions, specifically, van der Waals (Van der Waals) (Van der Waals). Der Waals) interaction, London dispersion interaction, or hydrogen bonding may be non-covalently bonded (PIb). As an example, among the X groups -CF 3 , -SH, -F, -Cl, -Br, -I, -CH=CF 2 , -CF=CH 2 , -CF=CF 2 , -CF=CH 2 , -CF=CFH, -CF=CF 2 , -COCH 3 , -COOCH 3 , -CHO, -CN, -N=C=O, and -C=N=N-CH 3 by van der Waals interaction can bind, -H, -CH 3 , -CH=CH 2 , and -C≡CH can bind by London dispersion force, and -OH, -COOH, -NH 2 , or -NHCH 3 is a hydrogen bond can be combined by

또한, 다른 방향(예를 들어 Z 방향)으로 인접하는 또는 하나의 층(L1)과 다른 층(L2) 내에 포함된 단위 유기분자들(UM) 각자에 포함된 방향족 고리기들은 파이-파이 상호작용(PIc)에 의해 자기 조립 혹은 적층될 수 있다. 구체적으로, 앞서 설명한 바와 같이, 방향족 고리기(Ar) 내에 A기에 의해 유도된 전자 풍부 영역(electron-rich region, δ-)와 전자 결핍 영역(electron-deficient region, δ+)이 발생할 수 있는데, Y방향으로 인접하는 방향족 고리기들 사이에 전자 풍부 영역(δ-)과 전자 결핍 영역 사이(δ+)의 인력으로 인해 제1층(L1)의 화합물이 연장되는 방향(X)에 비해 제2층(L2)의 단위 유기분자(UM)가 연장되는 방향은 소정 각도 틀어질 수 있다. 일 예로서, 제1층(F1)의 단위 유기분자(UM)가 연장되는 방향(X) 에 비해 제2층(L2)의 단위 유기분자(UM)가 연장되는 방향은 90도 틀어질 수 있고 따라서, 제2층(L2)의 단위 유기분자(UM)가 연장되는 방향은 Y 방향일 수 있다. In addition, the aromatic ring groups included in each of the unit organic molecules (UM) adjacent in another direction (eg, the Z direction) or included in one layer (L 1 ) and the other layer (L 2 ) are pi-pi It can be self-assembled or laminated by interaction (PIc). Specifically, as described above, an electron-rich region (δ-) and an electron-deficient region (δ+) induced by group A in the aromatic ring group (Ar) may occur, Compared to the direction (X) in which the compound of the first layer (L 1 ) is extended due to the attractive force between the electron-rich region (δ-) and the electron-deprived region (δ+) between adjacent aromatic ring groups in the Y direction, A direction in which the unit organic molecules UM of the second layer L 2 extend may be deviated by a predetermined angle. As an example, the direction in which the unit organic molecules UM of the second layer L 2 extend may be rotated by 90 degrees compared to the direction X in which the unit organic molecules UM of the first layer F 1 extend. Therefore, the direction in which the unit organic molecules UM of the second layer L 2 extend may be the Y direction.

또한, 제2층(L2)의 단위 유기분자들(UM) 사이의 X기들은 또한 물리적 상호작용, 구체적으로 반 데르 발스(Van Der Waals) 상호작용, 런던 분산력(London dispersion interaction) 또는 수소 결합(hydrogen bonding)에 의해 끌려 비공유 결합(PIb)될 수 있다.In addition, the X groups between the unit organic molecules (UM) of the second layer (L 2 ) also have physical interactions, specifically Van Der Waals interactions, London dispersion interactions or hydrogen bonding. It can be attracted and non-covalently bonded (PIb) by hydrogen bonding.

이와 같이, 상기 유기 결정(100)은 비공유결합 구체적으로 물리적 상호작용, 더욱 구체적으로는 파이-파이 상호작용(π-π interaction), 쌍극자-쌍극자 상호작용, 유도쌍극자-쌍극자 상호작용과 유도쌍극자-유도쌍극자 상호작용을 통해 단위 유기분자들이 자가 조립(self-assembly)되어 형성될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 유기 결정은 규칙적으로 배열된 단위 유기분자들(UM) 사이에 규칙적으로 배열된 기공(V)을 구비하여 다공성 유기 결정으로 명명될 수 있다.As such, the organic crystal 100 is a non-covalent bond, specifically physical interaction, more specifically pi-pi interaction (π-π interaction), dipole-dipole interaction, induced dipole-dipole interaction and induced dipole- Unit organic molecules may be formed by self-assembly through induced dipole interactions. In addition, the organic crystal according to the present embodiment may be referred to as a porous organic crystal by having regularly arranged pores (V) between regularly arranged unit organic molecules (UM).

또한, 이러한 유기 결정은 규칙성과 주기성을 가져 삼사정계(triclinic), 단사정계(monoclinic), 사방정계(orthorhombic), 정방정계(tetragonal), 육방정계(hexagonal), 또는 입방정계(cubic) 의 기본 격자 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. 구체적으로, 화학식 1a 및 화학식 1b로 나타낸 1 배위형 유기 분자와 화학식 1c로 나타낸 2 배위형 즉, 직선형 유기 분자의 경우, 삼사정계(triclinic), 사방정계(orthorhombic), 정방정계(tetragonal), 입방정계(cubic)를 구성할 수 있으며, 화학식 1d로 나타낸 3 배위형 유기 분자의 경우, 육방정계(hexagonal), 단사정계(monoclinic)의 구성이 가능하다. In addition, these organic crystals have regularity and periodicity, so the basic lattice of triclinic, monoclinic, orthorhombic, tetragonal, hexagonal, or cubic system It is characterized by having a structure. Specifically, in the case of the one-coordinated organic molecule represented by Chemical Formulas 1a and 1b and the two-coordinated organic molecule represented by Chemical Formula 1c, that is, linear organic molecules, triclinic, orthorhombic, tetragonal, and cubic A cubic system may be formed, and in the case of a tricoordinated organic molecule represented by Chemical Formula 1d, a hexagonal system and a monoclinic system are possible.

구체적으로, 도 2의 경우 사방정계의 격자 구조를 나타낸다. Specifically, in the case of FIG. 2, an orthorhombic lattice structure is shown.

이와 같은 다공성 3차원 유기 구조체 즉, 다공성 유기 결정은 단위 유기분자들 사이의 비공유결합 구체적으로 약한 유기-유기 상호작용을 기초로 자기 조립되어 형성됨에 따라, 쉽고 간단하게 구조체를 형성하게 되며, 화학적 가교결합 없이 순수한 화합물간의 물리적 결합을 이용하여 형성되기 때문에 용융과 용해가 언제든 가능하며, 넓은 공극용적과 완전히 규칙적이고 주기적인 구조를 확보할 수 있다. 또한, 금속유기구조체(Metal Organic Framework, MOF)와는 달리 금속을 사용하지 않음에 따라 수분 및 대기 중의 환경 내에서도 구조적 특징을 유지할 수 있다. 또한, 본 실시예에 따른 화합물은 구조체를 형성하는 자가조립 과정이 상당히 빠르게 진행되나, 빠른 속도에도 불구하고 정교하고 질서가 높은 복합 및 계층구조(hierarchical structure)를 만들어 내는 장점이 있다.Such a porous three-dimensional organic structure, that is, a porous organic crystal, is formed by self-assembly based on non-covalent bonds between unit organic molecules, specifically weak organic-organic interactions, and thus forms a structure easily and simply, and chemical cross-linking. Since it is formed using physical bonding between pure compounds without bonding, melting and dissolution are possible at any time, and a large pore volume and a completely regular and periodic structure can be secured. In addition, unlike a metal organic framework (MOF), since a metal is not used, structural characteristics can be maintained even in moisture and atmospheric environments. In addition, although the self-assembly process for forming the structure proceeds fairly quickly, the compound according to the present embodiment has the advantage of creating sophisticated and ordered complex and hierarchical structures despite the high speed.

유기 결정 제조방법Method for producing organic crystals

도 3은 자가 조립 3차원 구조체 제조방법을 나타낸 개략도이다.3 is a schematic view showing a method for manufacturing a self-assembled three-dimensional structure.

도 3 및 도 2를 참조하면, 화학식 1의 유기화합물 또는 유기분자(UM)를 적절한 유기 용매 내에 녹인 후 재결정화시키면, 먼저 유기분자들(UM) 내의 방향족 고리들(Ar) 사이에 파이-파이 상호작용(PIc)에 의해 다이머들이 먼저 생성되고, 이후 이 다이머들이 방향족 고리들(Ar) 사이의 추가적인 파이-파이 상호작용(PIc) 그리고 단위 유기분자들(UM) 사이의 X기들에 의한 물리적 상호작용, 구체적으로 반 데르 발스(Van Der Waals) 상호작용, 런던 분산력(London dispersion interaction) 또는 수소 결합(hydrogen bonding)에 의해 끌려 비공유 결합(PIb)으로 인해 상기 유기분자들(UM)이 자가 조립되어 3차원 구조체를 얻을 수 있다.3 and 2, when the organic compound or organic molecule (UM) of Formula 1 is dissolved in an appropriate organic solvent and recrystallized, first, pi-pi between the aromatic rings (Ar) in the organic molecules (UM) Dimers are first generated by interaction (PIc), and then these dimers are further pi-pi interaction between aromatic rings (Ar) and physical interaction by X groups between unit organic molecules (UM). The organic molecules (UM) are self-assembled due to non-covalent bonding (PIb) attracted by action, specifically Van Der Waals interaction, London dispersion interaction, or hydrogen bonding. A three-dimensional structure can be obtained.

구체적으로 하기 제1 내지 제4 방법을 통해 자기 조립 유기 결정 입자들을 함유하는 파우더를 얻을 수 있다. 상기 자가 조립 유기 결정 입자들은 나노 로드 형태를 가질 수 있다.Specifically, a powder containing self-assembled organic crystal particles may be obtained through the following first to fourth methods. The self-assembled organic crystal particles may have a nanorod shape.

제1 방법: 유기용매 증발법을 이용한 유기 결정을 함유하는 파우더 형성 방법Method 1: Forming Powder Containing Organic Crystals Using Organic Solvent Evaporation Method

1) 상기 유기분자를 중간정도의 용해도를 갖는 유기용매에 녹여 균질한 용액을 형성하는 단계1) dissolving the organic molecules in an organic solvent having a medium solubility to form a homogeneous solution

2) 상기 용액에서 용매만 서서히 증발시켜서 점차적으로 진한 농도의 균질 용액으로 변화하는 단계2) slowly evaporating only the solvent from the solution to gradually change to a homogeneous solution with a thick concentration

3) 임계 농도에서 상기 유기 분자의 자가 조립에 따른 유기 결정이 형성되는 단계3) forming organic crystals according to self-assembly of the organic molecules at a critical concentration

4) 상기 유기 결정을 필터링하고 진공에서 잔여 유기용매를 제거하는 단계4) filtering the organic crystals and removing the residual organic solvent in vacuum

제2 방법: 냉각법을 이용한 유기 결정을 함유하는 파우더 형성 방법Method 2: Forming Powder Containing Organic Crystals Using Cooling Method

1) 상기 유기분자를 가열된 불용성 유기용매에 녹여 낮은 농도의 균질한 용액을 만드는 단계 1) Dissolving the organic molecules in a heated insoluble organic solvent to make a homogeneous solution with a low concentration

2) 균질한 용액을 외부와 물질의 이동을 차단한 상태로 냉각하는 단계2) Cooling the homogeneous solution in a state in which the movement of the outside and the material is blocked

3) 임계 온도에서 상기 유기 분자가 자가 조립함에 따른 유기 결정이 형성되는 단계3) Forming organic crystals as the organic molecules self-assemble at a critical temperature

4) 상기 유기 결정을 필터링하고 진공에서 잔여 유기용매를 제거하는 단계 4) filtering the organic crystals and removing the residual organic solvent in vacuum

제3 방법: 용해도가 다른 멀티 용매를 이용한 유기 결정을 함유하는 파우더 형성 방법3rd method: powder formation method containing organic crystals using multi-solvents having different solubility

1) 밀폐된 공간 내 서로 다른 두 개의 계를 마련하고, 하나의 계에는 상기 유기 분자에 대해 용해도가 높은 제1 유기용매 내에 상기 유기 분자를 녹인 균질 용액을 배치하고, 또한 다른 하나의 계에는 증발이 잘되고 상기 유기 분자에 대해 용해도가 매우 낮으나 상기 제1 유기용매에 대해 섞임성이 좋은 제2 유기용매를 배치하는 단계 1) Two different systems are prepared in a closed space, and a homogeneous solution in which the organic molecules are dissolved in a first organic solvent having high solubility for the organic molecules is placed in one system, and evaporated in the other system disposing a second organic solvent that is well-formulated and has very low solubility in the organic molecules but good miscibility with the first organic solvent

2) 상기 제2 유기용매가 증발되고 증발된 제2 유기용매가 상기 균질 용액 내로 섞이면서 상기 유기 분자의 용해도가 낮아지는 단계 2) the second organic solvent is evaporated and the second organic solvent evaporated is mixed into the homogeneous solution, and the solubility of the organic molecules is lowered

3) 임계 용해도에서 상기 유기 분자가 자가 조립함에 따른 유기 결정이 형성되는 단계3) forming organic crystals as the organic molecules self-assemble at critical solubility

4) 상기 유기 결정을 필터링하고 진공에서 잔여 유기용매들을 제거하는 단계4) filtering the organic crystals and removing residual organic solvents in vacuo

제4 방법: 용해도가 다른 멀티 용매를 이용한 유기 결정을 함유하는 파우더 형성 방법Fourth method: powder forming method containing organic crystals using multi-solvents having different solubility

1) 상기 유기 분자를 용해도가 높은 제1 유기용매에 대하여 포화용해도로 녹여 균질 용액을 얻는 단계 1) obtaining a homogeneous solution by dissolving the organic molecules at a saturated solubility in a first organic solvent having high solubility

2) 상기 유기 분자가 매우 낮은 용해도를 나타내는 제2 유기용매에 상기 균질 용액을 적하하여 상기 유기 분자의 용해도가 낮아지는 단계2) dropping the homogeneous solution into a second organic solvent in which the organic molecules exhibit very low solubility to lower the solubility of the organic molecules

3) 임계 용해도에서 상기 유기 분자가 자가 조립함에 따른 유기 결정이 형성되는 단계3) forming organic crystals as the organic molecules self-assemble at critical solubility

4) 상기 유기 결정을 필터링하고 진공에서 잔여 유기용매들을 제거하는 단계4) filtering the organic crystals and removing residual organic solvents in vacuo

얻어진 자가 조립 유기 결정 입자들을 함유하는 파우더를 사용하여 펠렛 혹은 필름형태의 활성층을 얻을 수 있다. 일 예에서, 유기 결정 입자들를 함유하는 파우더를 가압하여 펠렛 또는 필름을 제조할 수 있다. 가압은 100 내지 5,000 kgf/cm2의 압력 범위 내에서 수행할 수 있고, 가압과정에서 유기 결정이 추가적으로 자기조립되면서 결정이 커질 수 있다. 구체적으로, 펠렛 형태는 펠렛 다이 내에 파우더를 충진시킨 상태에서 가압하여 제조할 수 있고, 필름 형태는 지지체 상에 파우더를 고르게 편 상태에서 가압하여 제조할 수 있다.An active layer in the form of pellets or a film can be obtained by using the powder containing the obtained self-assembled organic crystal particles. In one example, the powder containing the organic crystal particles may be pressed to prepare pellets or films. The pressurization may be performed within a pressure range of 100 to 5,000 kgf/cm 2 , and the organic crystals may be additionally self-assembled during the pressurization process and the crystals may be enlarged. Specifically, the pellet form can be prepared by pressing in a state in which the powder is filled in the pellet die, and the film form can be prepared by pressing the powder evenly on the support.

유기 결정 함유하는 파우더를 용해할 수 있는 제1 용매와 상기 제1 용매와 섞임성 있는 제2 용매의 혼합 용매 내에, 상기 유기 결정을 함유하는 파우더를 넣어 용액을 만든 후, 상기 용액을 지지체 상에 코팅하여 박막 형태의 활성층을 형성할 수 있다. 이 때, 제1 용매와 상기 제2 용매는 1:1 내지 7:1, 구체적으로는 1:1 내지 4:1, 일 예로는 1.5:1 내지 2.5:1의 부피비로 혼합될 수 있으며, 상기 용액은 5mM 내지 40mM의 농도를 가질 수 있다. 또한, 상기 코팅은 스핀코팅, 바코팅, 슬롯다이 코팅, 스프레이코팅, 롤투롤코팅, 또는 인버스롤코팅일 수 있다.In a mixed solvent of a first solvent capable of dissolving the powder containing organic crystals and a second solvent miscible with the first solvent, the powder containing the organic crystals is added to make a solution, and then the solution is placed on a support. It can be coated to form an active layer in the form of a thin film. At this time, the first solvent and the second solvent may be mixed in a volume ratio of 1:1 to 7:1, specifically 1:1 to 4:1, for example, 1.5:1 to 2.5:1, The solution may have a concentration of 5 mM to 40 mM. In addition, the coating may be spin coating, bar coating, slot die coating, spray coating, roll-to-roll coating, or inverse roll coating.

또 다른 예에서, 유기 결정을 함유하는 파우더를 용해할 수 있는 제1 용매와 상기 제1 용매와 섞임성 있는 제2 용매의 혼합 용매 내에, 상기 유기 결정과 혼화성이 있는 선택된 고분자를 넣어 제1 용액을 형성한 후, 상기 제1 용액 내에 상기 3차원 구조체를 함유하는 파우더를 넣어 제2 용액을 형성하고, 상기 제2 용액을 지지체 상에 코팅하여 박막 형태의 활성층을 형성할 수 있다. 이러한 활성층은 그 내부에 상기 유기 결정을 함유하는 영역과 상기 고분자를 함유하는 영역으로 미세 상분리될 수 있다. 이 때, 제1 용매와 상기 제2 용매는 1:1 내지 7:1, 구체적으로는 1:1 내지 4:1, 일 예로는 1.5:1 내지 2.5:1의 부피비로 혼합될 수 있으며, 상기 제1 용액은 1mM 내지 20mM의 농도를 가질 수 있고, 상기 제2 용액은 5mM 내지 40mM의 농도를 가질 수 있다. 또한, 상기 코팅은 스핀코팅, 바코팅, 슬롯다이 코팅, 스프레이코팅, 롤투롤코팅, 또는 인버스롤코팅일 수 있다. 상기 고분자는 PVC(Polyvinyl chloride), PA(Polyamide), PE(polyethylene), PES(Polyethersulfone), PTFE(Polytetrafluoroethylene), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), HDPE(high-density polyethylene), LDPE(low-density polyethylene), PP(Polypropylene), PS(polystyrene), PVAC(Polyvinyl acetate), PEO(polyethylene oxide), NYLON, PET(polyethylene terephthalate), PI(polyimide), 또는 이들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 이러한 상기 활성층은 50 내지 500nm 두께를 가질 수 있고, 구체적으로는 100 내지 200nm의 두께를 가질 수 있다.In another example, in a mixed solvent of a first solvent capable of dissolving the powder containing organic crystals and a second solvent miscible with the first solvent, a selected polymer miscible with the organic crystals is added to the first After forming the solution, a second solution may be formed by putting the powder containing the three-dimensional structure in the first solution, and the second solution may be coated on a support to form an active layer in the form of a thin film. The active layer may be finely phase-separated into a region containing the organic crystal and a region containing the polymer therein. At this time, the first solvent and the second solvent may be mixed in a volume ratio of 1:1 to 7:1, specifically 1:1 to 4:1, for example, 1.5:1 to 2.5:1, The first solution may have a concentration of 1 mM to 20 mM, and the second solution may have a concentration of 5 mM to 40 mM. In addition, the coating may be spin coating, bar coating, slot die coating, spray coating, roll-to-roll coating, or inverse roll coating. The polymer is PVC (Polyvinyl chloride), PA (Polyamide), PE (polyethylene), PES (Polyethersulfone), PTFE (Polytetrafluoroethylene), PMMA (Poly (methyl methacrylate)), HDPE (high-density polyethylene), LDPE (low- density polyethylene), PP (polypropylene), PS (polystyrene), PVAC (polyvinyl acetate), PEO (polyethylene oxide), NYLON, PET (polyethylene terephthalate), PI (polyimide), or a combination of two or more thereof. The active layer may have a thickness of 50 to 500 nm, specifically, may have a thickness of 100 to 200 nm.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 결정의 단위 유기분자에 포함된 방향족 고리의 경계상태(edge state)를 나타낸 개념도이다. 도 4에서 파이렌을 방향족 고리의 일 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않고 위에서 설명한 모든 방향족 고리에서 경계상태가 나타낼 수 있다.4 is a conceptual diagram illustrating an edge state of an aromatic ring included in a unit organic molecule of an organic crystal according to an embodiment of the present invention. Although pyrene is described as an example of the aromatic ring in FIG. 4 , the boundary state may be represented in all the aromatic rings described above without being limited thereto.

도 4를 참조하면, 방향족 고리는 고리를 구성하는 멤버들 사이에 단일결합과 이중결합이 반복되는 구조를 가짐에 따라, 방향족 고리는 p 오비탈 내에 업(↑) 스핀 전자를 갖는 멤버와 다운(↓) 스핀 전자를 갖는 멤버가 반복되는 구조를 가질 수 있다. SSH(Su-Schrieffer-Heeger) 모델에 따르면, 이러한 구조를 갖는 방향족 고리의 특이한 위상상태(non-trivial topological state)에서는 셀간 페어링 (intercell pairing, CP)을 통해 업(↑) 스핀과 다운(↓) 스핀이 선형결합되면, 페어링되지 않은 업(↑) 스핀(MF1)과 다운(↓) 스핀(MF2)이 방향족 고리의 양측 가장자리에 남는 경계상태(edge state)를 구현할 수 있다. 이 업(↑) 스핀과 다운(↓) 스핀을 마요라나 페르미온으로 언급할 수 있다. 다시 말해서, 특이한 위상상태에서 상기 방향족 고리는 양측 가장자리에 업(↑) 스핀과 다운(↓) 스핀을 구비하고, 그 결과, 방향족 고리는 마요라나 바운드 상태(majorana bound state, MBS)를 형성하고, 위상학적 초전도체(topological superconductor)로 정의될 수 있다.Referring to FIG. 4 , as the aromatic ring has a structure in which single bonds and double bonds are repeated between members constituting the ring, the aromatic ring has an up (↑) spin electron in the p orbital and down (↓) ) may have a structure in which members with spin electrons are repeated. According to the SSH (Su-Schrieffer-Heeger) model, in the non-trivial topological state of an aromatic ring having this structure, up (↑) spin and down (↓) through intercell pairing (CP) When the spins are linearly coupled, it is possible to implement an edge state in which unpaired up (↑) spins (MF 1 ) and down (↓) spins (MF 2 ) remain at both edges of the aromatic ring. These up (↑) and down (↓) spins can be referred to as marjoram or fermions. In other words, in a specific phase state, the aromatic ring has an up (↑) spin and a down (↓) spin on both edges, and as a result, the aromatic ring forms a majorana bound state (MBS), It can be defined as a topological superconductor.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 결정의 단위층의 상태를 나타낸 개략도이다.5 is a schematic diagram showing the state of a unit layer of an organic crystal according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 도 1(b)에서 설명한 것과 마찬가지로 유기 결정의 단위층(Ln)은 평면 내에 규칙적으로 배열된 방향족 고리기들(Ar)을 구비할 수 있다. 각 방향족 고리기(Ar)는 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 고리의 양측 가장자리들에 ↑ 스핀과 ↓ 스핀을 구비할 수 있다. 단위층(Ln)의 평면 내에 규칙적으로 배열된 방향족 고리기들(Ar) 사이에서 ↑ 스핀과 ↓ 스핀은 쌍(CP)을 형성하면서 선형결합될 수 있고, 그 결과, 유기 결정의 단위층(Ln) 내에서, 단위층(Ln)의 코너들에 ↑ 스핀(MF1)과 ↓ 스핀(MF2)이 반복 배치될 수 있다. 상기 단위층(Ln)의 코너들에 위치하는 ↑ 스핀(MF1)과 ↓ 스핀(MF2)은 또한 마요라나 페르미온으로 언급할 수 있다.Referring to FIG. 5 , the unit layer (Ln) of the organic crystal may include aromatic ring groups (Ar) regularly arranged in a plane as described in FIG. 1(b). Each aromatic ring group (Ar) may have ↑ spin and ↓ spin at both edges of the ring, as described with reference to FIG. 4 . Between the aromatic ring groups (Ar) regularly arranged in the plane of the unit layer (Ln), ↑ spin and ↓ spin can be linearly coupled while forming a pair (CP), as a result, the unit layer (Ln) of the organic crystal ), ↑ spin (MF 1 ) and ↓ spin (MF 2 ) may be repeatedly arranged at corners of the unit layer Ln. The ↑ spin (MF 1 ) and ↓ spin (MF 2 ) located at the corners of the unit layer Ln may also be referred to as Majorana fermions.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 결정의 상태를 나타낸 개략도이다.6 and 7 are schematic views showing the state of the organic crystal according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 도 1(a)에서 설명한 것과 마찬가지로 유기 결정(100)은 서로 인접하는 단위층들 내에 배치된 방향족 고리기들(Ar) 사이에는 파이-파이 상호작용에 의해 단위층들 (L1, L2, L3, L4, L5, L6)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 각 단위층(Ln)은 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 바운더리 즉, 코너들에 ↑ 스핀과 ↓ 스핀이 반복되도록 배치될 수 있다. 상기 ↑ 스핀과 ↓ 스핀은 인접하는 다른 단위층(Ln) 내의 코너들에 위치한 ↑ 스핀과 ↓ 스핀과 쌍(CP)을 형성하면서 선형결합될 수 있다. Referring to FIG. 6 , as described in FIG. 1( a ), the organic crystal 100 is formed between the aromatic ring groups (Ar) disposed in the unit layers adjacent to each other by pi-pi interaction in the unit layers ( L 1 , L 2 , L 3 , L 4 , L 5 , L 6 ) may be sequentially stacked. As described with reference to FIG. 5 , each unit layer L n may be arranged such that ↑ spin and ↓ spin are repeated at the boundary, that is, at the corners. The ↑ spin and the ↓ spin may be linearly coupled to form a pair (CP) with the ↑ spin and the ↓ spin located at corners in another adjacent unit layer (L n ).

그 결과, 도 6 및 도 7을 참조하면, 유기 결정(100) 내에서, 유기 결정(100)의 코너들에 쌍을 구성하지 못하는 ↑ 스핀(MF1)과 ↓ 스핀(MF2)이 반복 배치될 수 있다. 유기 결정(100)의 코너들에 위치하는 ↑ 스핀(MF1)과 ↓ 스핀(MF2)은 또한 마요라나 페르미온으로 언급할 수 있다.As a result, referring to FIGS. 6 and 7 , in the organic crystal 100 , the ↑ spin (MF 1 ) and the ↓ spin (MF 2 ) that do not form a pair at the corners of the organic crystal 100 are repeatedly arranged can be The ↑ spin (MF 1 ) and ↓ spin (MF 2 ) located at the corners of the organic crystal 100 may also be referred to as marjoram or fermions.

이와 같이, 유기 결정(100)는 이의 코너들에 ↑ 스핀(MF1)과 ↓ 스핀(MF2)이 반복되도록 배치됨에 따라 마요라나 코너 모드를 구현할 수 있다. 그 결과, 유기 결정(100)은 마요라나 바운드 상태(majorana bound state, MBS)를 형성하고, 위상학적 초전도체(topological superconductor)로 정의될 수 있다. 마요라나 페르미온은 질량이 존재하는 실수해의 특성상 자기 스스로가 입자이며 반입자인 특성을 갖게 되는데, 그렇기 때문에 온도와 외부 간섭 등에 상관없이 안정적인 양자 큐비트를 유지할 수 있게 되어 양자컴퓨터 구현이 가능할 수 있다. 또한, 유기 결정(100)은 상온에서 마요라나 페르미온을 구현할 수 있어, 이를 기반으로 단일전자 나노소자를 구현할 수 있고, 이는 양자 효과를 이용하는 양자컴퓨터의 핵심소자로 사용될 수 있다. 상기 단일전자 나노소자는 상온에서 스핀이 분극되어 양자점에 구속되어지는 스핀의존에 의한 단일전자스핀제어 나노소자일 수 있다.As such, the organic crystal 100 may implement a Majorana corner mode as it is arranged so that the ↑ spin (MF 1 ) and the ↓ spin (MF 2 ) are repeated at its corners. As a result, the organic crystal 100 forms a majorana bound state (MBS) and may be defined as a topological superconductor. Majorana fermions have the characteristics of being a particle and an anti-particle by themselves due to the nature of the real solution in which mass exists. In addition, the organic crystal 100 can implement a Majorana fermion at room temperature, and based on this, a single electron nanodevice can be implemented, which can be used as a core device of a quantum computer using a quantum effect. The single electron nanodevice may be a single electron spin control nanodevice by spin dependence in which spin is polarized at room temperature and bound to quantum dots.

위에서 도 7을 참조하여 설명한 유기 결정(100)은 단결정을 갖는 구조체일 수 있고, 아래에서 활성층으로 언급될 수 있다.The organic crystal 100 described above with reference to FIG. 7 may be a structure having a single crystal, and may be referred to as an active layer below.

도 8은 다결정 상태의 활성층의 상태를 나타낸 개략도이다.8 is a schematic diagram showing the state of an active layer in a polycrystalline state.

도 8을 참조하면, 활성층은 펠렛 또는 필름의 형태로 구현될 수 있다. 펠렛 또는 필름은 앞서 설명한 바와 같은 방법으로 제조할 수 있다. 이 활성층(100') 내에 도 1 내지 7을 참조하여 설명한 유기 결정 입자들 즉, 그레인들(G)이 결정입계(grain boundary, GB)를 마주하며 배치될 수 있다. 상기 유기 결정 입자들(G)은 앞서 설명한 바와 같이 가장자리에 ↑ 스핀과 ↓ 스핀을 구비할 수 있고, 결정입계(GB)를 마주하며 배치된 서로 인접하는 유기 결정 입자들(G)에 구비된 ↑ 스핀과 ↓ 스핀은 쌍(CP)을 형성하면서 선형결합될 수 있다. 그 결과, 다결정 상태의 활성층(100)의 가장자리에 ↑ 스핀(MF1)과 ↓ 스핀(MF2)이 배치됨에 따라 마요라나 코너 모드를 또한 구현할 수 있다.Referring to FIG. 8 , the active layer may be implemented in the form of pellets or a film. Pellets or films can be prepared in the same manner as described above. In the active layer 100 ′, the organic crystal particles described with reference to FIGS. 1 to 7 , that is, the grains G may be disposed to face a grain boundary GB. As described above, the organic crystal particles G may have ↑ spin and ↓ spin at the edge, and ↑ provided in the organic crystal particles G adjacent to each other disposed facing the grain boundary GB. Spin and ↓ spin can be linearly coupled to form a pair (CP). As a result, as the ↑ spin (MF 1 ) and the ↓ spin (MF 2 ) are disposed at the edge of the active layer 100 in the polycrystalline state, the Marjoram corner mode can also be implemented.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 결정을 구비하는 활성층을 이용한 전자소자를 나타낸 개략도이다.9 is a schematic diagram illustrating an electronic device using an active layer including an organic crystal according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 활성층(101)의 일측면의 모서리(edge)에 접속하고 서로 이격된 적어도 두 개의 모서리 전극들을 배치시킨다. 상기 활성층(101)은 도 1 내지 7을 참조하여 설명한 단일 결정구조를 갖는 유기 결정 혹은 도 8을 참조하여 설명한 다수의 유기 결정입자들을 갖는 다결정 구조를 가질 수 있다. 일 예로서, 활성층(101)의 상부면 상에 모서리 전극들(T1, T2, T3, T4)을 활성층(101)의 상부면 모서리에 접속하도록 서로 이격하여 배치시킨다. 도면에서, 모서리 전극들(T1, T2, T3, T4)을 활성층(101)의 코너부에 접속하도록 배치시켰으나 이에 한정되지 않는다.Referring to FIG. 9 , at least two edge electrodes connected to an edge of one side of the active layer 101 and spaced apart from each other are disposed. The active layer 101 may have an organic crystal having a single crystal structure described with reference to FIGS. 1 to 7 or a polycrystalline structure having a plurality of organic crystal particles described with reference to FIG. 8 . As an example, the edge electrodes T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 are disposed on the upper surface of the active layer 101 to be spaced apart from each other so as to be connected to the upper surface of the active layer 101 . In the drawing, the corner electrodes T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 are disposed to be connected to the corner portion of the active layer 101 , but the present invention is not limited thereto.

또한, 활성층(101)의 상기 모서리 전극들(T1, T2, T3, T4)이 접속하는 면에 대한 반대면, 일 예로서 하부면 상에 게이트 전극(G)을 접속시킬 수 있다. 다만, 상기 게이트 전극(G)은 상기 하부면의 모서리에는 접속하지 않도록, 상기 게이트 전극(G)과 상기 활성층(101)의 하부면 모서리 사이에는 절연막(I)가 배치될 수 있다. 다만, 상기 게이트 전극(G)은 생략될 수 있다.In addition, the gate electrode G may be connected on a surface opposite to a surface to which the edge electrodes T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 of the active layer 101 are connected, for example, on a lower surface of the active layer 101 . . However, an insulating layer I may be disposed between the gate electrode G and a corner of the lower surface of the active layer 101 so that the gate electrode G is not connected to the corner of the lower surface. However, the gate electrode G may be omitted.

위에서 상부면과 하부면은 상대적인 것으로 서로 마주보는 면들을 의미하는 것일 뿐 한정적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Above, the upper surface and the lower surface are relative and only mean surfaces facing each other and should not be construed in a limiting sense.

도 10a은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유기 결정을 구비하는 활성층을 이용한 전자소자를 나타낸 평면도이고, 도 10b는 도 10a의 절단선 I-I'를 따라 취해진 단면도이다.10A is a plan view illustrating an electronic device using an active layer including organic crystals according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the cutting line I-I' of FIG. 10A.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 기판(200) 상에 절연막(201)을 형성할 수 있다. 상기 기판(100)은 반도체, 고분자, 또는 유리 기판일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 절연막(201) 상에 적어도 두 개의 모서리 전극들(T1, T2, T3, T4)을 형성할 수 있다. 상기 모서리 전극들(T1, T2, T3, T4)은 전도성이 우수한 금속전극들 일 예로서, 알루미늄, 텅스텐, 혹은 구리전극들일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 후 상기 모서리 전극들(T1, T2, T3, T4) 각각의 일부부분들을 덮되, 다른 일부부분들을 노출시키는 유기 결정을 구비하는 활성층(101)을 형성할 수 있다. 상기 활성층(101)은 앞서 설명한 유기 결정 파우더를 용매 내에 용해 또는 분산시킨 용액을 상기 모서리 전극들(T1, T2, T3, T4)이 형성된 기판 상에 코팅한 후, 상기 용매를 휘발시킨 후, 전자빔 리소그래피 등을 통한 패터닝법을 사용하여 패터닝하여 형성할 수 있다. 상기 용액 내에는 바인더역할을 하는 고분자가 또한 포함될 수도 있다. 그 결과, 상기 모서리 전극들(T1, T2, T3, T4)은 상기 활성층(101)의 하부면 모서리들에 각각 접속하되 서로 이격하여 배치될 수 있다. 이 후, 상기 활성층(101)의 상부면 상에 게이트 전극(G)을 접속시킬 수 있다. 이 때, 게이트 전극(G)은 상기 활성층(101)의 모서리에는 접속하지 않도록 이격하여 형성할 수 있다. 그러나, 상기 게이트 전극(G)은 생략될 수 있다.10A and 10B , an insulating layer 201 may be formed on the substrate 200 . The substrate 100 may be a semiconductor, a polymer, or a glass substrate, but is not limited thereto. At least two corner electrodes T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 may be formed on the insulating layer 201 . The corner electrodes T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 may be, for example, metal electrodes having excellent conductivity, and may be aluminum, tungsten, or copper electrodes, but is not limited thereto. Thereafter, an active layer 101 including an organic crystal that covers some portions of each of the corner electrodes T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 and exposes other portions may be formed. The active layer 101 is formed by coating a solution obtained by dissolving or dispersing the organic crystalline powder described above in a solvent on the substrate on which the corner electrodes T 1 , T 2 , T 3 , T 4 are formed, and then volatilizing the solvent. After forming, it can be formed by patterning using a patterning method through electron beam lithography or the like. A polymer serving as a binder may also be included in the solution. As a result, the corner electrodes T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 may be respectively connected to the corners of the lower surface of the active layer 101 and disposed to be spaced apart from each other. Thereafter, the gate electrode G may be connected to the upper surface of the active layer 101 . In this case, the gate electrode G may be formed to be spaced apart so as not to be connected to the edge of the active layer 101 . However, the gate electrode G may be omitted.

도 9, 도 10a, 및 도 10b를 참조하여 설명한 전자소자는, 모서리 전극들(T1, T2, T3, T4)중 적어도 두개의 모서리 전극들에 외부 회로를 연결하면, 모서리 전극들 사이에 전압을 인가하지 않은 상태에서도 활성층(101)의 모서리를 따라 전류 즉, 제로 바이어스 전류가 흐를 수 있다. 이는 상기 활성층(101)은 앞서 설명한 바와 같이 코너들 혹은 가장자리들에 ↑ 스핀(MF1)과 ↓ 스핀(MF2)이 반복되도록 배치됨에 따라 마요라나 코너 모드를 구현할 수 있기 때문으로 추정되고, 이와 같이 제로 바이어스 전류가 흐를 수 있는 상기 활성층(101)은 위상학적 초전도체로 명명할 수 있다.In the electronic device described with reference to FIGS. 9, 10A, and 10B , when an external circuit is connected to at least two of the corner electrodes T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 , the corner electrodes are A current, that is, a zero bias current, may flow along the edge of the active layer 101 even when no voltage is applied therebetween. This is presumed to be because the active layer 101 can implement the Majorana corner mode as the active layer 101 is arranged so that ↑ spin (MF 1 ) and ↓ spin (MF 2 ) are repeated at corners or edges as described above, The active layer 101 through which a zero bias current can also flow may be referred to as a topological superconductor.

도 9, 도 10a, 및 도 10b를 참조하여 설명한 전자소자가 복수 개 구비되고, 상기 복수개의 전자소자들이 전기적으로 연결된 전자회로가 제공될 수 있다. 이 때, 상기 전자회로는 양자회로 또는 편조회로(braided circuit)로 명명될 수 있다.An electronic circuit may be provided in which a plurality of electronic devices described with reference to FIGS. 9, 10A, and 10B are provided, and the plurality of electronic devices are electrically connected to each other. In this case, the electronic circuit may be referred to as a quantum circuit or a braided circuit.

이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 본 발명에 따른 바람직한 실험예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, preferred experimental examples according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms.

3차원 유기결정 제조예 : 4,5,9,10-테트라키스(도데실옥시)-파이렌의 제조Preparation example of three-dimensional organic crystal: Preparation of 4,5,9,10-tetrakis(dodecyloxy)-pyrene

1A-1. 파이렌-4,5,9,10-테트라온의 제조1A-1. Preparation of pyrene-4,5,9,10-tetraone

파이렌(10 mmol)을 디클로로메탄(40.0 ㎖)과 아세토니트릴(acetonitrile) (40 ㎖) 용액에 녹인 후, 염화 루테늄(Ⅲ) 수화물(ruthenium(Ⅲ) chloride hydrate) (0.25 g, 1.2 mmol)과 소듐 메타페리오데이트(NaIO4)(17.5 g, 81.8 mmol)와 함께 증류수(50.0 ㎖)에 40℃에서 16시간동안 환류시켜 파이렌-4,5,9,10-테트라온을 제조하였다. After dissolving pyrene (10 mmol) in dichloromethane (40.0 mL) and acetonitrile (40 mL) solution, ruthenium (III) chloride hydrate (0.25 g, 1.2 mmol) and Sodium metaperiodate (NaIO 4 ) (17.5 g, 81.8 mmol) was refluxed in distilled water (50.0 mL) at 40° C. for 16 hours to prepare pyrene-4,5,9,10-tetraone.

파이렌-4,5,9,10-테트라온: 1H NMR(600MHz, DMSO-d6) δ8.32(d,4H),7.71(t,2H)Pyrene-4,5,9,10-tetraone: 1 H NMR (600 MHz, DMSO-d6) δ8.32 (d,4H),7.71 (t,2H)

1A-2. 4,5,9,10-테트라키스(도데실옥시)-파이렌의 제조1A-2. Preparation of 4,5,9,10-tetrakis(dodecyloxy)-pyrene

1A-1에서 얻어진 파이렌-4,5,9,10-테트라온(10 mmol)을 브로모 테트라뷰틸암모늄(Bu4NBr)(13 mmol) 및 소듐 하이드로설파이트(Na2S2O4)(115 mmol)와 함께 증류수(50 ㎖) 및 테트라하이드로퓨란(THF)에 녹여 65℃에서 5분간 환류하였다. 반응 용액에 브로모도데실(bromododecyl)(60 mmol)과 KOH(306 mmol)을 증류수(50 ㎖)에 녹여서 만든 수용액을 첨가한 후 16시간동안 65℃에서 환류시켜 4,5,9,10-테트라키스(도데실옥시)-파이렌(반응식 5에서 R=C12H25, 화합물 11)을 얻었다 (수율:72%).Pyrene-4,5,9,10-tetraone (10 mmol) obtained in 1A-1 was mixed with bromotetrabutylammonium (Bu 4 NBr) (13 mmol) and sodium hydrosulfite (Na 2 S 2 O 4 ) (115 mmol) and dissolved in distilled water (50 mL) and tetrahydrofuran (THF), and refluxed at 65° C. for 5 minutes. To the reaction solution, an aqueous solution prepared by dissolving bromododecyl (60 mmol) and KOH (306 mmol) in distilled water (50 mL) was added, followed by refluxing at 65° C. for 16 hours to 4,5,9,10-tetra Kis(dodecyloxy)-pyrene (R=C 12 H 25 , compound 11 in Scheme 5) was obtained (yield: 72%).

4,5,9,10-테트라키스(도데실옥시)-파이렌: 1H NMR(600MHz, CDCl3)δ 8.32(d,4H), 7.71(t,2H), 4,21(t,8H), 1.91(m,8H), 1.57(m,8H), 1.40-1.27(m,64H), 0.88(t,12H)4,5,9,10-tetrakis(dodecyloxy)-pyrene: 1 H NMR (600 MHz, CDCl 3 )δ 8.32(d,4H), 7.71(t,2H), 4,21(t,8H) ), 1.91(m,8H), 1.57(m,8H), 1.40-1.27(m,64H), 0.88(t,12H)

도 11는 3차원 유기결정 제조예에 따른 4,5,9,10-테트라키스(도데실옥시)-파이렌 3차원 유기결정의 X-선 스펙트럼을 나타낸다.11 shows an X-ray spectrum of 4,5,9,10-tetrakis(dodecyloxy)-pyrene 3D organic crystal according to Preparation Example of 3D organic crystal.

도 11을 참조하면, 4,5,9,10-테트라키스(도데실옥시)-파이렌의 경우 a=37.523Å, b=34.476 Å, 및 c=9.340 Å (residuals: Rp=8.532, Rwp=11.747)의 orthorhombic 단위 격자를 갖는 결정을 형성하는 것을 확인할 수 있었다. 11 , for 4,5,9,10-tetrakis(dodecyloxy)-pyrene, a=37.523 Å, b=34.476 Å, and c=9.340 Å (residuals: Rp=8.532, Rwp= 11.747), it was confirmed to form a crystal having an orthorhombic unit lattice.

초전도체 전자소자 제조예 1Superconductor Electronic Device Manufacturing Example 1

3차원 유기결정 제조예에서 얻어진 4,5,9,10-테트라키스(도데실옥시)-파이렌 유기결정을 유기 용매인 에틸아세테이트(Ethyl acetate)에 녹인 후, 유기 용매만 서서히 증발시켜 임계 농도에서 상기 4,5,9,10-테트라키스(도데실옥시)-파이렌이 자가조립됨에 따른 3차원 유기결정을 얻고, 상기 유기결정을 필터링하고 진공에서 잔여 유기용매를 제거하였다. 이에 따라 얻어진 자가 조립된 3차원 유기 결정 파우더를 PIKE 사의 Evacuable pellet press를 사용하여 1bar의 압력을 가하여 13mm 지름과 5mm 의 두께를 갖는 펠렛 형태의 활성층으로 제조하였다. 얻어진 펠렛 형태의 활성층 상부면에 4개의 Al 스트립들인 모서리 전극들을 carbon tape 또는 silver paste를 사용하여 접속시키되, 모서리 전극들이 활성층 상부면 모서리에 접속되도록 하는 van der pauw 방법을 사용하였다.The 4,5,9,10-tetrakis(dodecyloxy)-pyrene organic crystal obtained in the three-dimensional organic crystal preparation example was dissolved in ethyl acetate, an organic solvent, and only the organic solvent was slowly evaporated to the critical concentration. The 4,5,9,10-tetrakis(dodecyloxy)-pyrene was self-assembled to obtain a three-dimensional organic crystal, and the organic crystal was filtered and the residual organic solvent was removed in a vacuum. The self-assembled three-dimensional organic crystalline powder thus obtained was prepared as an active layer in the form of pellets having a diameter of 13 mm and a thickness of 5 mm by applying a pressure of 1 bar using an Evacuable pellet press of PIKE. The edge electrodes, which are four Al strips, were connected to the upper surface of the active layer in the form of pellets obtained using carbon tape or silver paste, and the van der pauw method was used so that the corner electrodes were connected to the upper surface of the active layer.

초전도체 전자소자 제조예 2Superconductor Electronic Device Manufacturing Example 2

초전도체 전자소자 제조예 1에서 얻어진 초전도체 전자소자에서, 펠렛 형태의 활성층 하부면 상에 Al 스트립인 게이트 전극을 carbon tape 또는 silver paste를 사용하여 접속시키되, 펠렛의 모서리와는 절연시키도록 접속시켜 전자소자를 제조하였다.In the superconducting electronic device obtained in Superconducting Electronic Device Manufacturing Example 1, the gate electrode, which is an Al strip, on the lower surface of the active layer in the form of a pellet is connected using carbon tape or silver paste, but is connected so as to be insulated from the edge of the pellet. was prepared.

초전도체 전자소자 제조예 3Superconductor Electronic Device Manufacturing Example 3

3차원 유기결정 제조예에서 얻어진 4,5,9,10-테트라키스(도데실옥시)-파이렌 유기결정을 유기 용매 에틸아세테이트(Ethyl acetate)에 녹인 후, 유기 용매만 서서히 증발시켜 임계 농도에서 상기 4,5,9,10-테트라키스(도데실옥시)-파이렌이 자가조립됨에 따른 3차원 유기 결정을 얻고, 상기 유기 결정을 필터링하고 진공에서 잔여 유기용매를 제거하였다. 이에 따라 얻어진 자가 조립된 3차원 유기결정 파우더를 PIKE 사의 Evacuable pellet press를 사용하여 1bar의 압력을 가하여 13mm 지름과 5mm 의 두께를 갖는 펠렛을 제조하였다. 형성된 펠렛을 분쇄하여 93mg의 3차원 유기 결정 분말을 얻은 후, 폴리비닐피롤리돈 5mg을 2mg의 에탄올에 녹인 용액과 혼합하였다. 상기 혼합물을 기판 상에 바코팅하여 필름 형태의 활성층을 형성하였다. 얻어진 필름 형태의 활성층의 상부면에 4개의 Al 스트립들인 모서리 전극들을 carbon tape 또는 silver paste를 사용하여 접속시키되, 모서리 전극들이 필름 형태의 활성층 상부면 모서리에 접속되도록 하는 van der pauw 방법을 사용하였다. The 4,5,9,10-tetrakis(dodecyloxy)-pyrene organic crystal obtained in the three-dimensional organic crystal preparation example was dissolved in an organic solvent ethyl acetate, and only the organic solvent was slowly evaporated to obtain a critical concentration. Three-dimensional organic crystals were obtained by self-assembly of the 4,5,9,10-tetrakis(dodecyloxy)-pyrene, and the organic crystals were filtered and the residual organic solvent was removed in a vacuum. The self-assembled three-dimensional organic crystal powder thus obtained was subjected to a pressure of 1 bar using an evacuable pellet press from PIKE to prepare pellets having a diameter of 13 mm and a thickness of 5 mm. After the formed pellets were pulverized to obtain 93 mg of three-dimensional organic crystal powder, 5 mg of polyvinylpyrrolidone was mixed with a solution of 2 mg of ethanol. The mixture was bar-coated on a substrate to form an active layer in the form of a film. The edge electrodes, which are four Al strips, were connected to the upper surface of the obtained film-type active layer using carbon tape or silver paste, and the van der pauw method was used in which the corner electrodes were connected to the upper surface edge of the film-type active layer.

초전도체 전자소자 제조예 4Superconductor Electronic Device Manufacturing Example 4

초전도체 전자소자 제조예 3에서 얻어진 초전도체 전자소자에서, 필름 형태의 활성층 하부면 상에 Al 스트립인 게이트 전극을 carbon tape 또는 silver paste를 사용하여 접속시키되, 필름의 모서리와는 절연시키도록 접속시켜 전자소자를 제조하였다.In the superconducting electronic device obtained in Superconducting Electronic Device Manufacturing Example 3, the gate electrode, which is an Al strip, is connected to the lower surface of the active layer in the form of a film using carbon tape or silver paste. was prepared.

도 12는 초전도체 전자소자 제조예 1의 제조방법 진행 중 얻어진 펠렛 형태의 활성층을 촬영한 사진이다. 12 is a photograph of an active layer in the form of a pellet obtained during the manufacturing method of Superconducting Electronic Device Manufacturing Example 1. FIG.

도 12를 참조하면, 펠렛 형태의 활성층(101)은 약 13 mm의 두께를 가지며 원형으로 제작된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 12 , it can be seen that the active layer 101 in the form of a pellet has a thickness of about 13 mm and is manufactured in a circular shape.

도 13은 초전도체 전자소자 제조예 1의 제조방법 진행 중 얻어진 펠렛 형태의 활성층의 X-선 스펙트럼을 나타낸다.13 shows an X-ray spectrum of an active layer in the form of pellets obtained during the manufacturing method of Superconducting Electronic Device Preparation Example 1. FIG.

도 13을 참조하면, 펠렛은 2theta가 0과 2 사이에서 (100) 면을 나타내는 강한 메인 피크를 보여주는데, 이러한 X-선 스펙트럼으로부터 펠렛은 다수 개의 orthorhombic 결정입자들을 갖는 다결정인 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 13 , the pellet shows a strong main peak indicating the (100) plane in which 2theta is between 0 and 2, and it can be seen from this X-ray spectrum that the pellet is a polycrystal having a plurality of orthorhombic crystal grains.

도 14는 초전도체 전자소자 제조예 2의 제조방법에 따라 얻어진 전자소자를 촬영한 사진이다.14 is a photograph of an electronic device obtained according to the manufacturing method of Superconducting Electronic Device Manufacturing Example 2;

도 14를 참조하면, 팰렛 형태의 활성층(101)의 상부면 상에 상부면 모서리와 접속하는 4개의 Al 스트립 모서리전극들(T1, T2, T3, T4)이 형성되고, 하부면 상에 하부면 모서리와는 절연된 Al 스트립 게이트 전극(G)이 형성된 것을 확인할 수 있다. 한편, 초전도체 전자소자 제조예 1에 따른 전자소자는 게이트 전극(G)을 구비하지 않는 것을 제외하고는 초전도체 전자소자 제조예 2에 따른 전자소자와 동일한 형태를 갖는다.Referring to FIG. 14 , four Al strip edge electrodes ( T 1 , T 2 , T 3 , T 4 ) connected to the top edge are formed on the top surface of the active layer 101 in the form of a pallet, and the bottom surface It can be seen that the Al strip gate electrode (G) insulated from the lower surface edge is formed thereon. Meanwhile, the electronic device according to Superconductor Electronic Device Manufacturing Example 1 has the same shape as the electronic device according to Superconductor Electronic Device Manufacturing Example 2 except that the gate electrode G is not provided.

도 15는 초전도체 전자소자 제조예 1에 따른 전자소자의 전압에 따른 전류특성을 나타낸 그래프이다. 이를 위해, 모서리 전극들(T1, T2, T3, T4) 중 서로 마주보는 두 개의 모서리 전극들(T1, T3)에 전압을 가한 상태에서 다른 두개의 모서리 전극들(T2, T4)에 외부 회로를 연결하여 흐르는 전류를 측정하였다. 이 과정은 상온에서 진행하였고 외부에서 어떠한 인위적인 자기장을 인가하지 않았다.15 is a graph showing current characteristics according to voltage of an electronic device according to Preparation Example 1 of a superconducting electronic device. To this end, in a state in which a voltage is applied to the two opposite corner electrodes T 1 , T 3 among the corner electrodes T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 , the other two corner electrodes T 2 , T 4 ) by connecting an external circuit to measure the flowing current. This process was carried out at room temperature and no artificial magnetic field was applied from the outside.

도 15를 참조하면, 두 개의 모서리 전극들(T1, T3)에 동일전압이 인가 즉, 0V의 전압이 인가된 상태에서도 다른 두개의 모서리 전극들(T2, T4)에 전류가 흐르는 것을 관찰할 수 있다. 이는 제로 바이어스 전류(zero bias current)가 존재하는 것을 의미하며, 이 제로 바이어스 전류는 팰렛 형태의 활성층(101)의 모서리를 따라 흐른다. 또한, 전압의 크기와 무관하게 위상 잠금 (phase locking)이 되는 것을 보여준다. 이러한 특징들은 상기 초전도체 전자소자 제조예 1에서 사용된 펠렛 형태의 활성층이 위상학적 초전도체임을 나타내는 것이다.Referring to FIG. 15 , the same voltage is applied to the two corner electrodes T 1 , T 3 , that is, a current flows through the other two corner electrodes T 2 , T 4 even when a voltage of 0V is applied. can be observed This means that a zero bias current exists, and this zero bias current flows along the edge of the active layer 101 in the form of a pallet. Also, it shows that phase locking is achieved regardless of the magnitude of the voltage. These characteristics indicate that the active layer in the form of pellets used in Preparation Example 1 of the superconducting electronic device is a topological superconductor.

도 16는 초전도체 전자소자 제조예 1에 따른 전자소자에 0V의 전압이 인가될 때, 시간에 따른 전류특성을 나타낸 그래프이다. 이 과정은 상온에서 진행하였고 외부에서 어떠한 인위적인 자기장을 인가하지 않았다.16 is a graph illustrating current characteristics with time when a voltage of 0 V is applied to an electronic device according to Superconducting Electronic Device Manufacturing Example 1; This process was carried out at room temperature and no artificial magnetic field was applied from the outside.

도 16을 참조하면, 두 개의 모서리 전극들(T1, T3)에 동일전압이 인가 즉, 0V의 전압이 인가된 상태에서도 다른 두개의 모서리 전극들(T2, T4)에 전류가 흐르며, 또한 이 전류가 시간에 따라 일정한 교류전류로 나타나는 것은 조셉슨 접합(josephson junction)의 결과물이다. 또한 이 교류전류가 pi의 주기성을 보이는 것을 알 수 있는데 이는 상기 초전도체 전자소자 제조예 3에서 사용된 펠렛 형태의 활성층이 위상학적 초전도체임을 확인해주는 증거이다.Referring to FIG. 16 , the same voltage is applied to the two corner electrodes T 1 , T 3 , that is, a current flows through the other two corner electrodes T 2 , T 4 even in a state where a voltage of 0V is applied. , and that this current appears as a constant alternating current with time is a result of the Josephson junction. Also, it can be seen that this alternating current exhibits periodicity of pi, which is evidence confirming that the active layer in the form of a pellet used in Preparation Example 3 of the superconducting electronic device is a topological superconductor.

도 17은 초전도체 전자소자 제조예 1에 따른 전자소자의 전압에 따른 전류특성을 나타낸 그래프이다. 이 경우에는 도 15에 도시된 경우와는 달리, 모서리 전극들(T1, T2, T3, T4) 중 서로 인접한 두 개의 모서리 전극들(T1, T4)에 전압을 가한 상태에서 다른 두개의 서로 인접한 모서리 전극들(T2, T3)에 외부 회로를 연결하여 모서리 전극들(T2, T3) 사이의 전도도를 측정하였다. 이 과정은 상온에서 진행하였고 외부에서 어떠한 인위적인 자기장을 인가하지 않았다.17 is a graph showing current characteristics according to voltage of an electronic device according to Preparation Example 1 of a superconducting electronic device. In this case, unlike the case shown in FIG. 15 , in a state in which a voltage is applied to two adjacent corner electrodes T 1 , T 4 among the corner electrodes T 1 , T 2 , T 3 , and T 4 . By connecting an external circuit to the other two adjacent edge electrodes (T 2 , T 3 ), the conductivity between the edge electrodes (T 2 , T 3 ) was measured. This process was carried out at room temperature and no artificial magnetic field was applied from the outside.

도 17을 참조하면, 전압이 -0.7V에서 0.7V 사이의 구간에서 전도도가 -0.5에 가까운 마이너스 값을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는 상기 초전도체 전자소자 제조예 1에서 사용된 펠렛 형태의 활성층이 위상학적 초전도체임을 확인해주는 증거이다.Referring to FIG. 17 , it can be seen that the conductivity exhibits a negative value close to -0.5 in a voltage range between -0.7V and 0.7V. This is evidence confirming that the active layer in the form of a pellet used in Preparation Example 1 of the superconducting electronic device is a topological superconductor.

도 18은 초전도체 전자소자 제조예 3에 따른 전자소자의 전압에 따른 전류특성을 나타낸 그래프이다. 이를 위해, 상부전극들 중 서로 마주보는 두 개의 상부전극들에 전압을 가한 상태에서 다른 두개의 상부전극들에 흐르는 전류를 측정하였다. 이 과정은 상온에서 진행하였고 외부에서 어떠한 인위적인 자기장을 인가하지 않았다.18 is a graph showing current characteristics according to voltage of an electronic device according to Manufacturing Example 3 of a superconducting electronic device. To this end, current flowing through the other two upper electrodes was measured while voltage was applied to the two upper electrodes facing each other among the upper electrodes. This process was carried out at room temperature and no artificial magnetic field was applied from the outside.

도 18을 참조하면, 두 개의 상부전극들에 동일전압이 인가 즉, 0V의 전압이 인가된 상태에서도 다른 두개의 상부전극들에 전류가 흐르는 것을 관찰할 수 있다. 이는 제로 바이어스 전류(zero bias current)가 존재하는 것을 의미한다. 또한, 전압의 크기와 무관하게 위상 잠금 (phase locking)이 되는 것을 보여준다. 이러한 특징들은 상기 초전도체 전자소자 제조예 3에서 사용된 필름 형태의 활성층이 위상학적 초전도체임을 나타내는 것이다.Referring to FIG. 18 , it can be observed that current flows through the other two upper electrodes even when the same voltage is applied to the two upper electrodes, that is, a voltage of 0V is applied. This means that there is a zero bias current. In addition, it shows that phase locking is achieved regardless of the magnitude of the voltage. These characteristics indicate that the active layer in the form of a film used in Preparation Example 3 of the superconducting electronic device is a topological superconductor.

도 19는 초전도체 전자소자 제조예 3에 따른 전자소자에 0V의 전압이 인가될 때, 시간에 따른 전류특성을 나타낸 그래프이다. 19 is a graph illustrating current characteristics according to time when a voltage of 0V is applied to an electronic device according to Manufacturing Example 3 of a superconducting electronic device.

도 19를 참조하면, 두 개의 상부전극들에 동일전압이 인가 즉, 0V의 전압이 인가된 상태에서도 다른 두개의 상부전극들에 전류가 흐르며, 또한 이 전류가 시간에 따라 일정한 교류전류로 나타나는 것은 조셉슨 접합(josephson junction)의 결과물이다. 또한 이 교류전류가 pi의 주기성을 보이는 것을 알 수 있는데 이는 상기 초전도체 전자소자 제조예 3에서 사용된 필름 형태의 활성층이 위상학적 초전도체임을 확인해주는 증거이다.Referring to FIG. 19 , even when the same voltage is applied to the two upper electrodes, that is, a voltage of 0V is applied, current flows through the other two upper electrodes, and this current appears as a constant alternating current with time. It is the result of a Josephson junction. In addition, it can be seen that the alternating current exhibits periodicity of pi, which is evidence confirming that the active layer in the form of a film used in Preparation Example 3 of the superconducting electronic device is a topological superconductor.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (25)

평면 내에 규칙적으로 배열된 다수 개의 방향족 고리기들을 구비하는 다수 개의 단위층들이 적층된 유기 결정을 포함하되, 상기 단위층들의 적층은 서로 인접하는 상기 단위층들 내에 배치된 방향족 고리기들 사이의 파이-파이 상호작용에 의해 구현된 활성층이고,
상기 활성층은 바이어스가 걸리지 않은 상태에서도 모서리를 따라 흐르는 제로 바이어스 전류를 구현하는 것인 위상학적 초전도체.
An organic crystal comprising an organic crystal in which a plurality of unit layers having a plurality of aromatic ring groups regularly arranged in a plane are stacked, wherein the stacking of the unit layers is a pi between aromatic ring groups disposed in the unit layers adjacent to each other. -The active layer implemented by pi interaction,
The active layer is a topological superconductor that implements a zero bias current flowing along the edge even in a non-biased state.
제1항에 있어서,
상기 유기 결정의 단위층은 상기 방향족 고리를 포함하는 다수 개의 단위 유기분자들을 포함하고,
각 단위 유기분자는 상기 방향족 고리의 치환 위치들 중 바로 인접한 위치들에 각각 결합된 치환기들의 제1 쌍과 나머지 치환 위치들 중 바로 인접한 위치들에 각각 결합된 치환기들의 제2 쌍을 구비하고,
상기 단위층 내에 포함된 상기 단위 유기분자들 중 하나의 단위 유기분자의 상기 제1 쌍에 포함된 치환기들의 말단기들과 다른 하나의 단위 유기분자의 상기 제2 쌍에 포함된 치환기들의 말단기들은 반 데르 발스(Van Der Waals) 상호작용, 런던 분산력(London dispersion interaction) 또는 수소 결합(hydrogen bonding)에 의해 자기 조립된 위상학적 초전도체.
According to claim 1,
The unit layer of the organic crystal includes a plurality of unit organic molecules including the aromatic ring,
Each unit organic molecule has a first pair of substituents each bonded to immediately adjacent positions among the substitution positions of the aromatic ring and a second pair of substituents respectively bonded to immediately adjacent positions among the remaining substitution positions,
The terminal groups of the substituents included in the first pair of one unit organic molecule among the unit organic molecules included in the unit layer and the terminal groups of the substituents included in the second pair of the other unit organic molecules are Topological superconductors self-assembled by Van Der Waals interactions, London dispersion interactions or hydrogen bonding.
제2항에 있어서,
상기 방향족 고리의 치환 위치들 중 바로 인접한 위치들에 각각 결합된 한 쌍의 치환기들은 그들 사이의 반 데르 발스(Van Der Waals) 상호작용에 의해 단일 치환기에 비해 강직성이 증가된 위상학적 초전도체.
3. The method of claim 2,
A topological superconductor in which a pair of substituents each bonded to immediately adjacent positions among substitution positions of the aromatic ring has increased rigidity compared to a single substituent by a Van Der Waals interaction between them.
제2항에 있어서,
상기 방향족 고리의 치환 위치들 중 바로 인접한 위치들에 각각 결합된 한 쌍의 치환기들은 서로에 대해 상기 방향족 고리의 오르소 위치들에 결합된 위상학적 초전도체.
3. The method of claim 2,
A topological superconductor in which a pair of substituents each bonded to immediately adjacent positions among substitution positions of the aromatic ring are bonded to ortho positions of the aromatic ring with respect to each other.
제2항에 있어서,
상기 치환기의 각각은 상기 방향족 고리에 직접 연결된 비공유 전자쌍을 갖는 칼코겐 원소를 구비하는 위상학적 초전도체.
3. The method of claim 2,
Each of the substituents is a topological superconductor having a chalcogen element having an unshared pair of electrons directly connected to the aromatic ring.
제2항에 있어서,
상기 방향족 고리는 6 내지 46 멤버의 호모사이클릭 방향족 고리 또는 헤테로사이클릭 방향족 고리인 위상학적 초전도체.
3. The method of claim 2,
The aromatic ring is a 6 to 46 membered homocyclic aromatic ring or a heterocyclic aromatic ring topological superconductor.
제2항에 있어서,
상기 치환기들은 상기 방향족 고리의 치환 위치들 중 동등한 대칭성을 갖는 위치들(symmetry-equivalent positions)에 결합되는 위상학적 초전도체.
3. The method of claim 2,
wherein the substituents are bonded to symmetry-equivalent positions among the substitution positions of the aromatic ring.
제1항에 있어서,
상기 유기 결정은 삼사정계(triclinic), 단사정계(monoclinic), 사방정계(orthorhombic), 정방정계(tetragonal), 육방정계(hexagonal), 또는 입방정계(cubic) 의 기본 격자 구조를 갖는 위상학적 초전도체.
According to claim 1,
The organic crystal is a topological superconductor having a basic lattice structure of triclinic, monoclinic, orthorhombic, tetragonal, hexagonal, or cubic.
제2항에 있어서,
상기 단위 유기분자들은 하기 화학식 1로 표시되는 유기 화합물인 위상학적 초전도체:
[화학식 1]
Figure 112021005210184-pat00114

상기 화학식 1에서,
Ar은 6 내지 46 멤버의 호모사이클릭 방향족 고리 또는 헤테로사이클릭 방향족 고리이고,
-A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 상기 Ar의 치환 위치들(substitution positions) 중 바로 인접한 위치들에 결합되어 있고,
m은 1 내지 8의 정수이고,
A1과 A2는 서로에 관계없이,
Figure 112021005210184-pat00115
또는
Figure 112021005210184-pat00116
이고,
L1과 L2는 서로에 관계없이,
Figure 112021005210184-pat00117
,
Figure 112021005210184-pat00118
,
Figure 112021005210184-pat00119
,
Figure 112021005210184-pat00120
,
Figure 112021005210184-pat00121
,
Figure 112021005210184-pat00122
,
Figure 112021005210184-pat00123
,
Figure 112021005210184-pat00124
, 또는
Figure 112021005210184-pat00125
이고, E, E1, 및 E2는 서로에 관계없이 O 또는 S이고, n1과 n2는 서로에 관계없이 0 또는 1이고,
Y1과 Y2는 서로에 관계없이
Figure 112021005210184-pat00126
이고, a1, a2, a3, b1, 및 b2는 서로에 관계없이 0내지 30의 정수이며, a1+a2+a3+b1+b2는 3 내지 30의 정수이고,
P1, P2, 및 P3는 서로에 관계없이 -CRaRb- 또는 -(CRaRb)rO-이고, r은 1 내지 3의 정수이고,
Q1 및 Q2는 서로에 관계없이 q1-(p1)c1-q2-(p2)c2-q3이고, q1과 q3는 서로에 관계없이
Figure 112021005210184-pat00127
또는
Figure 112021005210184-pat00128
이고, q2는 탄소에 결합된 수소기가 F, Cl, Br, 또는 I로 치환되거나 혹은 비치환된
Figure 112021005210184-pat00129
,
Figure 112021005210184-pat00130
,
Figure 112021005210184-pat00131
,
Figure 112021005210184-pat00132
,
Figure 112021005210184-pat00133
,
Figure 112021005210184-pat00134
,
Figure 112021005210184-pat00135
,
Figure 112021005210184-pat00136
, 또는
Figure 112021005210184-pat00137
이고, p1과 p2는 서로에 관계없이 -CRaRb- 이고, c1과 c2는 서로에 관계없이 0 내지 2의 정수이고,
X1과 X2는 서로에 관계없이 -CRcRdRe, -OH, -COOH, -CHO, -SH, -COCRcRdRe, -COOCRcRdRe, -CRc=CRdRe, -CN, -N=C=O, -C=N=N-CRcRdRe, -C≡CRa, -NHCRcRdRe, 또는 -NH2이고,
Ra와 Rb는 서로에 관계없이 H, F, Cl, Br, 또는 I이고,
Rc, Rd, 및 Re는 서로에 관계없이 H, F, Cl, Br, 또는 I이고,
U는 시아노기, 히드록실기, 불소, 염소, 아이오드, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1내지 15의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 15의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 15의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 15의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 15의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 15의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬술폰기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬메르캅토기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬티오시안기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 또는 15의 알킬인산기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬니트로기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬니트로소기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬니트릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬이소티오시안산기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬이소시안산기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬시안산기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬아조기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알킬아지드기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 케티민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 알디민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 15의 아마이드기, 탄소수 6 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴기, 탄소수 3 내지 24의 아릴아미노기, 탄소수 3 내지 24의 아릴실릴기, 탄소수 3 내지 24의 아릴옥시기, 탄소수 1 내지 24의 알킬실릴기, 및 탄소수 1 내지 24의 알킬아미노기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
o는 0 내지 16 사이의 정수이다.
3. The method of claim 2,
The unit organic molecules are topological superconductors which are organic compounds represented by the following formula (1):
[Formula 1]
Figure 112021005210184-pat00114

In Formula 1,
Ar is a 6 to 46 membered homocyclic aromatic ring or heterocyclic aromatic ring,
-A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 are bonded to immediately adjacent positions among the substitution positions of Ar, there is,
m is an integer from 1 to 8,
A 1 and A 2 are independent of each other,
Figure 112021005210184-pat00115
or
Figure 112021005210184-pat00116
ego,
L 1 and L 2 are independent of each other,
Figure 112021005210184-pat00117
,
Figure 112021005210184-pat00118
,
Figure 112021005210184-pat00119
,
Figure 112021005210184-pat00120
,
Figure 112021005210184-pat00121
,
Figure 112021005210184-pat00122
,
Figure 112021005210184-pat00123
,
Figure 112021005210184-pat00124
, or
Figure 112021005210184-pat00125
, E, E 1 , and E 2 independently of each other are O or S, n 1 and n 2 are 0 or 1 regardless of each other,
Y 1 and Y 2 are independent of each other
Figure 112021005210184-pat00126
, a 1 , a 2 , a 3 , b 1 , and b 2 are integers from 0 to 30 regardless of each other, and a 1 +a 2 +a 3 +b 1 +b 2 is an integer from 3 to 30 ,
P 1 , P 2 , and P 3 independently of each other are -CR a R b - or -(CR a R b ) r O-, r is an integer from 1 to 3;
Q 1 and Q 2 are q 1 -(p 1 ) c1 -q 2 -(p 2 ) c2 -q 3 independent of each other, and q 1 and q 3 are independent of each other
Figure 112021005210184-pat00127
or
Figure 112021005210184-pat00128
and q 2 is a hydrogen group bonded to carbon is substituted or unsubstituted with F, Cl, Br, or I
Figure 112021005210184-pat00129
,
Figure 112021005210184-pat00130
,
Figure 112021005210184-pat00131
,
Figure 112021005210184-pat00132
,
Figure 112021005210184-pat00133
,
Figure 112021005210184-pat00134
,
Figure 112021005210184-pat00135
,
Figure 112021005210184-pat00136
, or
Figure 112021005210184-pat00137
, p 1 and p 2 are -CR a R b - regardless of each other, c 1 and c 2 are integers from 0 to 2 regardless of each other,
X 1 and X 2 are independent of each other -CR c R d R e , -OH, -COOH, -CHO, -SH, -COCR c R d R e , -COOCR c R d R e , -CR c = CR d R e , -CN, -N=C=O, -C=N=N-CR c R d R e , -C≡CR a , -NHCR c R d R e , or -NH 2 ,
R a and R b independently of each other are H, F, Cl, Br, or I,
R c , R d , and R e independently of each other are H, F, Cl, Br, or I;
U is a cyano group, a hydroxyl group, fluorine, chlorine, iodine, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkyl group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkoxy group, a substituted or unsubstituted C 3 to C 15 of a cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C15 alkenyl group, a substituted or unsubstituted C2 to C15 alkynyl group, a substituted or unsubstituted C5 to C15 aryl group, a substituted or unsubstituted C2 to 15 heteroaryl group, substituted or unsubstituted C 1 to C 15 arylalkyl group, substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkylsulfone group, substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkyl mercapto group, substituted Or an unsubstituted C 1 to C 15 alkylthiocyan group, a substituted or unsubstituted C 1 or C 15 alkyl phosphate group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkylnitro group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 of an alkylnitroso group, a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkylnitrile group, a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkylisothiocyanate group, a substituted or unsubstituted C1 to C15 alkylisocyanic acid group , A substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkylcyanic acid group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkylazo group, a substituted or unsubstituted C 1 to C 15 alkylazide group, a substituted or unsubstituted C 1 to 15 ketimine group, substituted or unsubstituted aldimine group having 1 to 15 carbon atoms, substituted or unsubstituted amide group having 1 to 15 carbon atoms, arylalkyl group having 6 to 24 carbon atoms, heteroaryl group having 2 to 24 carbon atoms, carbon number Any one selected from an arylamino group having 3 to 24 carbon atoms, an arylsilyl group having 3 to 24 carbon atoms, an aryloxy group having 3 to 24 carbon atoms, an alkylsilyl group having 1 to 24 carbon atoms, and an alkylamino group having 1 to 24 carbon atoms,
o is an integer between 0 and 16;
제9항에 있어서,
상기 Ar은 벤젠, 헤테로 원자를 함유하는 벤젠의 방향족 유사체(heteroatom containing aromatic analogues of benzene), 나프탈렌, 헤테로 원자를 함유하는 나프탈렌의 방향족 유사체, 안트라센, 헤테로 원자를 함유하는 안트라센의 방향족 유사체, 페날렌(phenalene), 헤테로 원자를 함유하는 페날렌의 방향족 유사체, 페난트라센(phenanthrene), 헤테로 원자를 함유하는 페난트라센의 방향족 유사체, 사이클로펜타[fg]아세나프틸렌(cyclopenta[fg]acenaphthylene), 헤테로 원자를 함유하는 사이클로펜타[fg]아세나프틸렌의 방향족 유사체, 테트라센(tetracene), 헤테로 원자를 함유하는 테트라센의 방향족 유사체, 파이렌(pyrene), 헤테로 원자를 함유하는 파이렌의 방향족 유사체, 벤즈[de]안트라센, 헤테로 원자를 함유하는 벤즈[de]안트라센의 방향족 유사체, 트라이페닐렌(triphenylene), 헤테로 원자를 함유하는 트라이페닐렌의 방향족 유사체, 펜타센(pentacene), 헤테로 원자를 함유하는 펜타센의 방향족 유사체, 코로네네(coronene), 또는 헤테로 원자를 함유하는 코로네네의 방향족 유사체인 위상학적 초전도체.
10. The method of claim 9,
Ar is benzene, aromatic analogues of benzene containing heteroatoms (heteroatom containing aromatic analogues of benzene), naphthalene, aromatic analogues of naphthalene containing heteroatoms, anthracene, aromatic analogues of anthracene containing heteroatoms, phenalene ( phenalene), aromatic analogues of phenalene containing heteroatoms, phenanthrene, aromatic analogues of phenanthracene containing heteroatoms, cyclopenta[fg]acenaphthylene, hetero Aromatic analogues of cyclopenta[fg]acenaphthylene containing atoms, tetracene, aromatic analogues of tetracene containing heteroatoms, pyrene, aromatic analogues of pyrene containing heteroatoms, benz[de]anthracene, aromatic analogues of benz[de]anthracene containing heteroatoms, triphenylene, aromatic analogues of triphenylene containing heteroatoms, pentacene, aromatic analogues of benz[de]anthracene containing heteroatoms A topological superconductor that is an aromatic analog of pentacene, coronene, or an aromatic analog of coronene containing heteroatoms.
제9항에 있어서,
상기 Ar은 Cn (n은 2 내지 6의 정수) 대칭을 갖는 방향족 고리인 위상학적 초전도체.
10. The method of claim 9,
Wherein Ar is C n (n is an integer of 2 to 6) A topological superconductor having an aromatic ring having symmetry.
제9항에 있어서,
상기 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 상기 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 서로에 대해 상기 Ar의 오르소(ortho) 위치들에 결합된 위상학적 초전도체.
10. The method of claim 9,
The -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and the -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 are bonded to ortho positions of the Ar with respect to each other. Topological superconductors.
제9항에 있어서,
상기 m은 2 이상이고,
상기 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 상기 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍들 사이에는,
상기 -A1-(L1)n1-Y1-X1 또는 상기 -A2-(L2)n2-Y2-X2가 결합되지 않은 상기 Ar의 적어도 하나의 치환 위치가 위치하는 위상학적 초전도체.
10. The method of claim 9,
Wherein m is 2 or more,
Between the pairs of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and the -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 ,
The -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 or the -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 Topology in which at least one substitution position of Ar is not bonded superconductor.
제9항에 있어서,
상기 Ar은 Cn (n은 2 내지 6의 정수) 대칭을 갖고,
상기 m은 상기 n과 같은 위상학적 초전도체.
10. The method of claim 9,
Wherein Ar has C n (n is an integer of 2 to 6) symmetry,
Wherein m is the same topological superconductor as n.
제14항에 있어서,
상기 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 상기 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 상기 Ar의 치환 위치들 중 동등한 대칭성을 갖는 위치들(symmetry-equivalent positions)에 결합되는 위상학적 초전도체.
15. The method of claim 14,
The -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and the -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 are positions having equal symmetry among the substitution positions of Ar. topological superconductors bonded to equivalent positions).
제9항에 있어서,
상기 화합물은 하기 화학식 1c로 나타낸 화합물인 위상학적 초전도체:
[화학식 1c]
Figure 112021005210184-pat00138

상기 화학식 1c에서, Ar, A1, A2, L1, L2, n1, n2, Y1, Y2, X1, X2, U 및 o은 상기 화학식 1의 Ar, A1, A2, L1, L2, n1, n2, Y1, Y2, X1, X2, U 및 o과 각각 동일하다.
10. The method of claim 9,
The compound is a topological superconductor, which is a compound represented by the following formula (1c):
[Formula 1c]
Figure 112021005210184-pat00138

In Formula 1c, Ar, A 1 , A 2 , L 1 , L 2 , n1 , n2 , Y 1 , Y 2 , X 1 , X 2 , U and o are Ar, A 1 , A 2 in Formula 1 , L 1 , L 2 , n1 , n2 , Y 1 , Y 2 , X 1 , X 2 , U and o, respectively.
제16항에 있어서,
상기 Ar이 하기 구조식 8의 방향족 고리인 위상학적 초전도체:
[구조식 8]
Figure 112021005210184-pat00139

상기 구조식 8에서,
T1 내지 T17는 모두 C이거나; T1 내지 T17 중 일부는 서로에 관계없이 N, P, B 또는 Si일 수 있고, 나머지는 C이고,
G1, G2, G4, G5, G7, G8, G9, G11, G12, 및 G14는 치환 위치들이고,
한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G4과 G5 위치에 결합되고,
다른 한 쌍의 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2은 G11와 G12위치에 결합되고,
나머지 G1, G2, G7, G8, G9, 또는 G14에는 U가 결합되거나 결합되지 않고,
상기 o는 0 내지 6의 정수이다.
17. The method of claim 16,
A topological superconductor wherein Ar is an aromatic ring of the following Structural Formula 8:
[Structural Formula 8]
Figure 112021005210184-pat00139

In Structural Formula 8,
T 1 to T 17 are all C; Some of T 1 to T 17 may be N, P, B or Si independently of each other, others are C,
G 1 , G 2 , G 4 , G 5 , G 7 , G 8 , G 9 , G 11 , G 12 , and G 14 are substitution positions;
a pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 are bonded at the G 4 and G 5 positions,
the other pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 are bonded at positions G 11 and G 12 ,
U is bonded or unbonded to the remaining G 1 , G 2 , G 7 , G 8 , G 9 , or G 14 ,
o is an integer of 0 to 6.
제9항에 있어서,
상기 화합물은 하기 화학식 1d로 나타낸 화합물인 위상학적 초전도체:
[화학식 1d]
Figure 112021005210184-pat00140

상기 화학식 1d에서, Ar, A1, A2, L1, L2, n1, n2, Y1, Y2, X1, X2, U 및 o은 상기 화학식 1의 Ar, A1, A2, L1, L2, n1, n2, Y1, Y2, X1, X2, U 및 o과 각각 동일하다.
10. The method of claim 9,
The compound is a topological superconductor, which is a compound represented by the following formula 1d:
[Formula 1d]
Figure 112021005210184-pat00140

In Formula 1d, Ar, A 1 , A 2 , L 1 , L 2 , n1 , n2 , Y 1 , Y 2 , X 1 , X 2 , U and o are Ar, A 1 , A 2 in Formula 1 , L 1 , L 2 , n1 , n2 , Y 1 , Y 2 , X 1 , X 2 , U and o, respectively.
제9항에 있어서,
상기 화합물은 하기 화학식 1e로 나타낸 화합물인 위상학적 초전도체:
[화학식 1e]
Figure 112021005210184-pat00141

상기 화학식 1e에서, Ar, A1, A2, L1, L2, n1, n2, Y1, Y2, X1, X2, U 및 o은 상기 화학식 1의 Ar, A1, A2, L1, L2, n1, n2, Y1, Y2, X1, X2, U 및 o과 각각 동일하다.
10. The method of claim 9,
The compound is a topological superconductor, which is a compound represented by Formula 1e:
[Formula 1e]
Figure 112021005210184-pat00141

In Formula 1e, Ar, A 1 , A 2 , L 1 , L 2 , n1 , n2 , Y 1 , Y 2 , X 1 , X 2 , U and o are Ar, A 1 , A 2 in Formula 1 , L 1 , L 2 , n1 , n2 , Y 1 , Y 2 , X 1 , X 2 , U and o, respectively.
제9항에 있어서,
m은 2 이상이고,
상기 Ar의 중심에 대해 상기 -A1-(L1)n1-Y1-X1과 -A2-(L2)n2-Y2-X2의 쌍들이 이루는 각은 동일한 위상학적 초전도체.
10. The method of claim 9,
m is greater than or equal to 2,
The angle formed by the pair of -A 1 -(L 1 ) n1 -Y 1 -X 1 and -A 2 -(L 2 ) n2 -Y 2 -X 2 with respect to the center of Ar is the same topological superconductor.
평면 내에 규칙적으로 배열된 방향족 고리기들을 구비하는 다수 개의 단위층들이 적층된 유기 결정을 포함하되, 상기 단위층들의 적층은 서로 인접하는 상기 단위층들 내에 배치된 방향족 고리기들 사이의 파이-파이 상호작용에 의해 구현된 활성층; 및
상기 활성층의 일측면의 모서리(edge)에 접속하고 서로 이격된 적어도 두 개의 모서리 전극들을 포함하되,
상기 활성층은 바이어스가 걸리지 않은 상태에서도 모서리를 따라 흐르는 제로 바이어스 전류를 구현하는 위상학적 초전도체인 전자소자.
An organic crystal including an organic crystal in which a plurality of unit layers having aromatic ring groups regularly arranged in a plane are stacked, wherein the stacking of the unit layers is pi-pi between aromatic ring groups disposed in the unit layers adjacent to each other. an active layer implemented by interaction; and
At least two edge electrodes connected to an edge of one side of the active layer and spaced apart from each other,
The active layer is an electronic device that is a topological superconductor that implements a zero bias current flowing along the edge even in a state in which no bias is applied.
제21항에 있어서,
상기 활성층은 단일 결정층이거나 상기 유기 결정을 다수개 포함하는 다결정 구조를 갖는 전자소자.
22. The method of claim 21,
The active layer is a single crystal layer or an electronic device having a polycrystalline structure including a plurality of organic crystals.
제21항에 있어서,
상기 모서리 전극들은 4개인 전자소자.
22. The method of claim 21,
The corner electrodes are four electronic devices.
제21항에 있어서,
상기 모서리 전극들이 형성된 면의 반대면 상에서 상기 활성층에 접속하는 게이트 전극들 더 포함하는 전자소자.
22. The method of claim 21,
The electronic device further comprising gate electrodes connected to the active layer on a surface opposite to the surface on which the corner electrodes are formed.
제21항 내지 제24항 중 어느 한 항의 전자소자를 복수 개 구비하고, 상기 복수 개의 전자소자들이 전기적으로 연결된 전자회로.An electronic circuit comprising a plurality of electronic devices according to any one of claims 21 to 24, wherein the plurality of electronic devices are electrically connected.
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