Учёным удалось определить связь между структурой фотохромных молекул и электрическими свойствами основанных на них устройств памяти.
Результаты опубликованыВ журнале «Journal of Materials Chemistry C» анонсированы… обложке.
За последнее десятилетие органическая электроника быстро развивается во всем мире. Гибкие тонкопленочные схемы, сенсоры, дисплеи, фотопреобразователи, аккумуляторы, светодиоды и другие компоненты используют в упаковке продуктов, одежде, наносят на кожу человека, применяют в робототехнике и протезировании, включая «умные» протезы конечностей и экзоскелеты.
Развитие органической электроники должно позволить создать интерфейс между классической электроникой и живыми объектами, включая тело человека. Внедрение такой электроники позволит реализовать концепцию Smart Healthcare: постоянный мониторинг состояния человека и оперативное реагирование при появлении признаков болезней.
Главной задачей медицины станет профилактика болезней вместо лечения уже заболевших, особенно тех, чье состояние тяжелое и для которых существующие методы не всегда эффективны в спасении или улучшении качества жизни.
Внедрение органической электроники требует создания всех функциональных компонентов, включая элементы памяти из органических соединений. Фотохромные соединения особенно интересны: их молекулы сами по себе могут функционировать как однобитные ячейки памяти, поскольку под воздействием света претерпевают обратимую изомеризацию между двумя квазистабильными состояниями – своего рода «0» и «1» в двоичной системе.
Технические возможности не позволяют надежно переключать одну молекулу и регистрировать ее состояние. Поэтому фотохромные молекулы интегрируют в сложные системы, где их переход из одного состояния в другое создает регистрируемый отклик, например, электрический.
Группа учёных во главе с профессором Сколтеха Павлом Трошиным разработала структуру органических полевых транзисторов, в которой слой фотохрома обладает светочувствительностью, и продемонстрировала возможность электрооптического переключения между множественными электрическими состояниями.
До настоящего времени оставалось непонятным, как структура и свойства фотохромного материала влияют на электрические характеристики устройств. В новой работе ученые из Сколтеха, Института проблем химической физики РАН и Института органической химии им. Н. Д. Зелинского РАН установили связи между строением фотохромных молекул и электрическими характеристиками.
Исследовались три различных по строению фотохромных материала оптических элементов памяти на основе органических полевых транзисторов. На основании анализа скоростей и амплитуд переключения, ширины окна памяти и стабильности работы в режиме многократной записи-чтения-стирания получены важные закономерности. Установлено, что наличие карбонильной группы в мостиковой части фотохромного дигетарилэтена облегчает переключение, но снижает стабильность индуцированных состояний.
Фотохромное соединение с незамещенным пропиленовым мостиком при сравнительно узком окне памяти обеспечивает надежное переключение и долговременную стабильность устройств. Обнаруженные корреляции между особенностями молекулярного строения фотохромных соединений и электрическими характеристиками изготовленных на их основе устройств закладывают основу для разработки нового поколения материалов для органических элементов памяти и фотодетекторов.
