Исследователи из Сколтеха, Института проблем химической физики РАН и Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН под руководством проф. П.А. Трошина смогли установить взаимосвязи между строением фотохромных молекул и электрическими характеристиками устройств памяти на их основе. Это открывает широкие возможности для направленной разработки новых функциональных материалов для органической электроники. Результаты опубликованы в журнале Journal of Materials Chemistry С и анонсированы на его обложке.

В последнее десятилетие во всем мире интенсивно развивается органическая электроника. Гибкие тонкопленочные электронные схемы, сенсоры, дисплеи, солнечные фотопреобразователи и аккумуляторы, светодиоды и другие компоненты уже активно интегрируют в упаковку продуктов (smart package), одежду (носимая электроника, electronic textile), наносят на кожу человека (electronic skin), используют в робототехнике и протезировании, в том числе в разработке «умных» протезов конечностей и экзоскелетов, способных «чувствовать» прикосновения, давление, тепло и холод.

Дальнейшее развитие органической электроники должно привести к созданию функционального интерфейса между классической «твердотельной» электроникой и объектами живой природы, включая тело человека. Одним из важнейших результатов внедрения органической электроники станет реализация концепции Smart Healthcare, которая подразумевает непрерывный мониторинг состояния человека и его своевременную корректировку при появлении первых признаков различных заболеваний. Это значит, что основной задачей медицины станет предотвращение заболеваний, а не лечение уже больных людей, причем часто — тяжелобольных, когда имеющийся арсенал методов оказывается недостаточным чтобы спасти пациентов или существенно улучшить качество их жизни.

Практическое внедрение органической электроники требует разработки всех ее функциональных компонентов, в том числе органических элементов памяти. С этой точки зрения, особое внимание привлекают фотохромные соединения: их молекулы по природе своей уже являются однобитными ячейками памяти, т.к. под действием света претерпевают обратимую изомеризацию между двумя квазистабильными состояниями (своего рода «0» и «1» в двоичной системе). К сожалению, текущие технические возможности не позволяют надежно переключать лишь одну молекулу и регистрировать ее состояние. Поэтому приходится интегрировать фотохромные молекулы в какие-то более сложные и большие по размеру системы, в которых их переход из одного состояния в другое дает регистрируемый отклик, например, электрический.

Ранее группой исследователей под руководством профессора Сколтеха Павла Трошина была разработана структура органических полевых транзисторов со светочувствительным фотохромным слоем и показана возможность их электрооптического переключения между множественными электрическими состояниями. Однако до настоящего момента было неясно как структура и свойства фотохромного материала влияют на электрические характеристики устройств. В своей новой работе команда ученых из Сколтеха, Института проблем химической физики РАН и Института органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН смогли установить взаимосвязи между строением фотохромных молекул и электрическими характеристиками.

— Мы исследовали три разных близких по строению фотохромных материала в оптических элементах памяти на основе органических полевых транзисторов. Важные закономерности были выявлены на основе детального анализа таких характеристик, как скорость и амплитуда переключения, ширина окна памяти и стабильность работы в режиме многократной записи-чтения-стирания информации. Показано, что присутствие карбонильной группы в мостиковой части фотохромного дигетарилэтена облегчает переключение, но также снижает стабильность индуцированных состояний. Напротив, фотохромное соединение с незамещенным пропиленовым мостиком при сравнительно узком окне памяти обеспечивает надежное переключение и долговременную стабильность устройств. Найденные корреляции между особенностями молекулярного строения фотохромных соединений и электрическими характеристиками изготовленных на их основе устройств закладывают надежную основу для направленной разработки нового поколения материалов для органических элементов памяти и фотодетекторов, — рассказывает первый автор работы Долгор Дашицыренова.