Circuiti a transistor elettronici stampati e display in cui è possibile modificare il colore dei singoli pixel, sono due delle molte applicazioni della ricerca innovativa presso il Laboratorio di Elettronica Organica, Università di Linköping. Nuovi risultati innovativi su questi argomenti sono stati pubblicati sulla prestigiosa rivista scientifica Progressi scientifici .

I ricercatori di elettronica organica hanno un materiale preferito con cui lavorare:il polimero conduttore PEDOT:PSS, che conduce sia gli elettroni che gli ioni. I display e i transistor realizzati con questo polimero hanno molti vantaggi, che includono che sono semplici ed economici da produrre, e il materiale stesso non è pericoloso. Esso ha, però, stato difficile creare dispositivi che commutano rapidamente a una tensione specifica, nota come "tensione di soglia". Questo dà che ha, finora, stato difficile controllare in modo preciso lo stato attuale dei transistor o lo stato del colore dei display.

"La mancanza di qualsiasi soglia nelle caratteristiche di commutazione redox di PEDOT:PSS ostacola la bistabilità e la rettifica, caratteristiche che consentirebbero l'indirizzamento a matrice passiva nella funzionalità di visualizzazione o memoria", afferma Simone Fabiano, docente presso il Laboratorio di Elettronica Organica, LOE, chi è l'autore principale dell'articolo in Science Advances, insieme a Negar Sani dell'istituto di ricerca RISE Acreo.

Più di cinque anni fa al Laboratorio di Elettronica Organica è nata un'idea pazzesca:potresti risolvere questo problema combinando l'elettrochimica con la ferroelettricità? I materiali ferroelettrici sono costituiti da dipoli. Un'estremità di un dipolo ha una carica positiva e l'altra una carica negativa, e questi dipoli "ferroelettrici" ruotano quando sono esposti ad un campo elettrico oltre una determinata soglia.

Il capo del laboratorio, il professor Magnus Berggren, non poteva lasciar riposare questa idea, e quando ha ricevuto una borsa di ricerca dalla Fondazione Knut e Alice Wallenberg nel dicembre 2012 per usare liberamente, questo è stato uno dei progetti ad alto rischio in cui ha scelto di investire.

"Abbiamo chiamato la ricerca, poi la ricerca a rotta di collo, ed ecco un risultato. La nostra dimostrazione dimostra che la ricerca veramente all'avanguardia richiede in genere molto tempo e una notevole pazienza. Simone Fabiano ha svolto un lavoro straordinario qui, e si è rifiutato di arrendersi quando altri hanno dubitato, "dice Magnus Berggren.

Dopo molti anni di tenaci esperimenti, Simone Fabiano e i suoi colleghi del Laboratorio di Elettronica Organica sono riusciti ad applicare un sottile strato di materiale ferroelettrico su un elettrodo in dispositivi e circuiti elettrochimici organici.

"Lo spessore dello strato determina la tensione alla quale il circuito commuta o il display cambia colore. I transistor non sono più necessari nei display:possiamo controllarli pixel per pixel semplicemente attraverso un sottile strato ferroelettrico sull'elettrodo, "dice Simone Fabiano.

Il gruppo di ricerca LOE mostra nell'articolo che "ferroelettrochimica", la combinazione di ferroelettricità ed elettrochimica, può essere utilizzato in display nel campo dell'elettronica stampata e nei transistor organici. Gli scienziati prevedono, però, molti altri campi di applicazione.

"I componenti ferroelettrochimici possono essere facilmente integrati nelle matrici di memoria e nelle applicazioni bioelettroniche, solo per fare un paio di esempi, "dice Simone Fabiano.

La tecnologia è ora protetta da brevetti.

"Il campo della ferroelettrochimica in realtà non esiste, ma abbiamo raggiunto il successo usando questa combinazione, "Conclude Magnus Berggren.