Ученые определили, как структура фотохромных молекул влияет на электрические свойства устройств памяти, созданных на их основе. Это дает возможность целенаправленно разрабатывать новые материалы с заданными характеристиками для органической электроники.
Результаты опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry С и анонсированы на его обложке.
В течение последнего десятилетия органическая электроника демонстрирует бурный рост во всем мире. Гибкие тонкопленочные электронные схемы, сенсоры, дисплеи, солнечные фотопреобразователи, аккумуляторы, светодиоды и другие компоненты все чаще используются для интеграции в упаковку товаров (smart package), одежду (носимая электроника, electronic textile), наносятся на кожу, применяются в робототехнике и протезировании, включая создание «умных» протезов конечностей и экзоскелетов, которые способны реагировать на прикосновения, давление, температуру.
Для прогресса органической электроники критически важно разработать интерфейс, обеспечивающий взаимодействие между традиционной электроникой и биологическими системами, в частности, человеческим организмом. Ключевым достижением станет внедрение Smart Healthcare, основанной на постоянном наблюдении за состоянием здоровья и корректировке при обнаружении ранних симптомов заболеваний.
В будущем приоритетом медицины станет профилактика заболеваний, а не лечение пациентов, особенно в тех случаях, когда имеющиеся методы оказываются неэффективными для спасения жизни или значительного улучшения качества жизни.
Для практического применения органической электроники необходимо создать все ее составные части, включая органические элементы памяти. В связи с этим, фотохромные соединения представляют собой перспективный вариант: их молекулы, благодаря способности к обратимой изомеризации под воздействием света между двумя квазистабильными формами, по сути, выполняют функцию однобитных ячеек памяти, имитируя «0» и «1» в двоичной системе).
В настоящее время существующие технологии не обеспечивают возможность надежного переключения и регистрации состояния отдельной молекулы. В связи с этим, фотохромные молекулы интегрируются в более крупные и сложные системы, где их изменение состояния приводит к фиксируемому отклику, такому как электрический сигнал.
Ранее исследователи под руководством професора Павла Трошина из Сколтеха создали структуру органических полевых транзисторов, включающую светочувствительный фотохромный слой, и продемонстрировали возможность их электрооптического переключения между несколькими электрическими состояниями.
До сих пор оставался нерешенным вопрос о том, каким образом структура и свойства фотохромного материала влияют на электрические характеристики устройств. В рамках нового исследования ученые из Сколтеха, Института проблем химической физики РАН и Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН установили, как строение фотохромных молекул связано с их электрическими свойствами.
“Мы провели исследование трех фотохромных материалов, схожих по структуре, в оптических элементах памяти, основанных на органических полевых транзисторах. Детальный анализ скорости и амплитуды переключения, ширины окна памяти и стабильности в цикле многократной записи, чтения и стирания позволил выявить ключевые закономерности. Установлено, что наличие карбонильной группы в мостиковой части фотохромного дигетарилэтена способствует переключению, однако приводит к снижению стабильности индуцированных состояний.
Фотохромные соединения с незамещенным пропиленовым мостиком, благодаря относительно небольшому окну памяти, обеспечивают надежное переключение и долговременную стабильность устройств. Установленные связи между структурой молекул фотохромных соединений и электрическими свойствами созданных на их основе устройств создают прочную основу для целенаправленной разработки новых материалов для органических элементов памяти и фотодетекторов, как отмечает первый автор работы, Долгор Дашицыренова.