Ученые из Университета Бирмингема, Университета Уорвика и Венского университета сообщили о создании нового "инструментария" для разработки электронных материалов нового поколения. Речь идет о молекулярных электронных нанолентах, которые можно строить с атомной точностью непосредственно на металлической поверхности. Результаты исследования были опубликованы 23 апреля в журнале Nature Communications.
Смотрите также Тайна двенадцатой жертвы: смерть ученого NASA может быть еще одной из ряда трагедий
Как новая технология может изменить электронику?
Главной особенностью работы стало использование донорно-акцепторной химии. Такой подход позволяет заранее программировать электронные свойства материала еще до его сборки. Для этого исследователи чередуют молекулы, которые отдают электроны, с молекулами, что их принимают, в четко определенной последовательности и длине.
Джеймс Лоуренс, который руководил значительной частью исследования во время обучения в аспирантуре Университета Ворвика, объяснил, что такая методика фактически создает новый набор инструментов для построения электронных материалов с атомной точностью. По его словам, формирование нанолент прямо на металлической поверхности дает идеально определенные структуры, чего сложно достичь традиционными методами химии.
Профессор Джованни Константини из Школы химии и Школы физики и астрономии Университета Бирмингема отметил, что хотя атомно точные наноленты уже изучались ранее, это первый случай, когда их удалось создать путем прямого сочетания донорных и акцепторных молекулярных блоков.
Именно контроль над расположением таких блоков позволяет заранее задавать будущие электронные свойства материала и реализовывать их с максимальной точностью.
В рамках проекта ученым удалось получить идеально сформированные цепи трех типов: только донорные, только акцепторные и смешанные, пишет Interesting Engineering. С помощью современной микроскопии исследователи смогли увидеть отдельные атомы и химические связи, выявить даже малейшие дефекты и измерить поведение электронов внутри этих нанолент.
Фотографическое и схематическое изображение ряда нанолент / Фото Джеймс Лоуренс
Давиде Бонифаци из Венского университета объяснил, что сочетание донорно-акцепторной концепции с технологией формирования структур на поверхности позволило создать длинные наноленты, которые очень сложно или вообще невозможно получить в обычном химическом растворе.
Такой подход также помогает решить одну из главных проблем графеновых нанолент. Хотя графен считается перспективным материалом для миниатюризации электроники, он плохо работает как полупроводник, что ограничивает его практическое применение.
Исследование показало, что увеличение длины лент типа "all-D" или "all-A" усиливает их свойства как доноров или акцепторов соответственно. В смешанных структурах ключевую роль играет именно порядок расположения молекул, который формирует уникальные характеристики материала.
Почему это вообще интересно?
На основе этих результатов ученые создали теоретическую модель, которая позволяет проектировать материалы под конкретные задачи – от солнечных батарей до медицинских имплантов.
Профессор Габриэле Соссо из Университета Ворика отметил в материале Eurekalert, что такие наноленты демонстрируют, как атомный дизайн может непосредственно влиять на реальные электронные свойства устройств. В то же время для дальнейшего развития этого направления важно учитывать влияние поверхности, на которой формируется материал, и локальной среды.
Следующим этапом работы станет применение этой технологии для создания более эффективных солнечных элементов и новых высокоточных сенсоров.
В перспективе это может привести к появлению гибкой органической электроники, которую можно будет буквально печатать или наносить на поверхность материалов, в частности на ткань для создания умной одежды.
Также технология открывает путь к сверхкомпактным схемам для устройств Интернета вещей, а еще к высокоточным биоэлектронным системам, которые можно будет использовать для имплантов в медицине и ветеринарии.