Tryckta elektroniska transistorkretsar och displayer där färgen på enskilda pixlar kan ändras, är två av många tillämpningar av banbrytande forskning vid Laboratory of Organic Electronics, Linköpings universitet. Nya banbrytande resultat om dessa ämnen har publicerats i den prestigefyllda vetenskapliga tidskriften Vetenskapliga framsteg .

Forskarna inom organisk elektronik har ett favoritmaterial att arbeta med:den ledande polymeren PEDOT:PSS, som leder både elektroner och joner. Skärmar och transistorer tillverkade av denna polymer har många fördelar, som inkluderar att de är enkla och billiga att tillverka, och själva materialet är ofarligt. Det har, dock, varit svårt att skapa enheter som växlar snabbt vid en specifik spänning, kallas "tröskelspänning". Detta ger att det har, än så länge, varit svårt att styra transistornas nuvarande tillstånd eller skärmens färgtillstånd på ett exakt sätt.

"Avsaknaden av någon tröskel i redoxväxlingsegenskaperna hos PEDOT:PSS hämmar bistabilitet och rättelse, egenskaper som skulle möjliggöra passiv matrisadressering i display eller minnesfunktion ", säger Simone Fabiano, universitetslektor vid Laboratory of Organic Electronics, LOE, som är huvudförfattare till artikeln i Science Advances, tillsammans med Negar Sani från forskningsinstitutet RISE Acreo.

För mer än fem år sedan uppstod en vild idé på laboratoriet för organisk elektronik:kan du lösa detta problem genom att kombinera elektrokemi med ferroelektricitet? Ferroelektriska material består av dipoler. Ena änden av en dipol har en positiv laddning och den andra en negativ laddning, och dessa "ferroelektriska" dipoler roterar när de utsätts för ett elektriskt fält bortom ett specifikt tröskelvärde.

Chef för laboratoriet Professor Magnus Berggren kunde inte låta denna idé vila, och när han tilldelades ett forskningsbidrag från Knut och Alice Wallenberg Foundation i december 2012 för att använda fritt, detta var ett av högriskprojekten han valde att investera i.

"Vi kallade forskningen för att sedan knäcka forskningen, och här är ett resultat. Vår demonstration visar att verkligt ledande forskning vanligtvis tar lång tid och kräver stort tålamod. Simone Fabiano har gjort ett fantastiskt arbete här, och vägrade ge upp när andra tvivlade, säger Magnus Berggren.

Efter många år av sega experiment, Simone Fabiano och hans kollegor vid Laboratory of Organic Electronics har lyckats applicera ett tunt lager av ferroelektriskt material på en elektrod i organiska elektrokemiska enheter och kretsar.

"Skiktets tjocklek avgör spänningen vid vilken kretsen växlar eller displayen ändrar färg. Transistorer behövs inte längre i displayerna:vi kan styra dem pixel-för-pixel helt enkelt genom ett tunt ferroelektriskt lager på elektroden, säger Simone Fabiano.

LOE -forskargruppen visar i artikeln att "ferroelektrokemi", kombinationen av ferroelektricitet och elektrokemi, kan användas på displayer inom tryckt elektronik och i organiska transistorer. Forskarna tänker sig, dock, många andra tillämpningsområden.

"Ferroelektrokemiska komponenter kan enkelt integreras i minnesmatriser och i bioelektroniska applikationer, bara för att ge ett par exempel, säger Simone Fabiano.

Tekniken skyddas nu av patent.

"Ferroelektrokemins område existerar faktiskt inte, men vi har lyckats med denna kombination, ”Avslutar Magnus Berggren.