Вчені з Університету Бірмінгема, Університету Ворвіка та Віденського університету повідомили про створення нового "інструментарію" для розробки електронних матеріалів нового покоління. Мовиться про молекулярні електронні нанострічки, які можна будувати з атомною точністю безпосередньо на металевій поверхні. Результати дослідження були опубліковані 23 квітня в журналі Nature Communications.
Дивіться також Таємниця дванадцятої жертви: смерть ученого NASA може бути ще однією з низки трагедій
Як нова технологія може змінити електроніку?
Головною особливістю роботи стало використання донорно-акцепторної хімії. Такий підхід дозволяє заздалегідь програмувати електронні властивості матеріалу ще до його складання. Для цього дослідники чергують молекули, які віддають електрони, з молекулами, що їх приймають, у чітко визначеній послідовності та довжині.
Джеймс Лоуренс, який керував значною частиною дослідження під час навчання в аспірантурі Університету Ворвіка, пояснив, що така методика фактично створює новий набір інструментів для побудови електронних матеріалів з атомною точністю. За його словами, формування нанострічок прямо на металевій поверхні дає ідеально визначені структури, чого складно досягти традиційними методами хімії.
Професор Джованні Костантіні зі Школи хімії та Школи фізики й астрономії Університету Бірмінгема зазначив, що хоча атомно точні нанострічки вже вивчалися раніше, це перший випадок, коли їх вдалося створити шляхом прямого поєднання донорних і акцепторних молекулярних блоків.
Саме контроль над розташуванням таких блоків дозволяє заздалегідь задавати майбутні електронні властивості матеріалу та реалізовувати їх з максимальною точністю.
У межах проєкту вченим вдалося отримати ідеально сформовані ланцюги трьох типів: лише донорні, лише акцепторні та змішані, пише Interesting Engineering. За допомогою сучасної мікроскопії дослідники змогли побачити окремі атоми й хімічні зв'язки, виявити навіть найменші дефекти та виміряти поведінку електронів усередині цих нанострічок.
Фотографічне та схематичне зображення низки нанострічок / Фото Джеймс Лоуренс
Давіде Боніфаці з Віденського університету пояснив, що поєднання донорно-акцепторної концепції з технологією формування структур на поверхні дозволило створити довгі нанострічки, які дуже складно або взагалі неможливо отримати у звичайному хімічному розчині.
Такий підхід також допомагає вирішити одну з головних проблем графенових нанострічок. Хоча графен вважається перспективним матеріалом для мініатюризації електроніки, він погано працює як напівпровідник, що обмежує його практичне застосування.
Дослідження показало, що збільшення довжини стрічок типу "all-D" або "all-A" посилює їхні властивості як донорів або акцепторів відповідно. У змішаних структурах ключову роль відіграє саме порядок розташування молекул, який формує унікальні характеристики матеріалу.
Чому це взагалі цікаво?
На основі цих результатів вчені створили теоретичну модель, яка дозволяє проєктувати матеріали під конкретні завдання – від сонячних батарей до медичних імплантів.
Професор Габріеле Соссо з Університету Ворика наголосив у матеріалі Eurekalert, що такі нанострічки демонструють, як атомний дизайн може безпосередньо впливати на реальні електронні властивості пристроїв. Водночас для подальшого розвитку цього напрямку важливо враховувати вплив поверхні, на якій формується матеріал, та локального середовища.
Наступним етапом роботи стане застосування цієї технології для створення ефективніших сонячних елементів і нових високоточних сенсорів.
У перспективі це може призвести до появи гнучкої органічної електроніки, яку можна буде буквально друкувати або наносити на поверхню матеріалів, зокрема на тканину для створення розумного одягу.
Також технологія відкриває шлях до надкомпактних схем для пристроїв Інтернету речей, а ще до високоточних біоелектронних систем, які можна буде використовувати для імплантів у медицині та ветеринарії.