Circuits électroniques à transistors imprimés et affichages dans lesquels la couleur des pixels individuels peut être modifiée, sont deux des nombreuses applications de la recherche révolutionnaire au Laboratoire d'électronique organique, Université de Linköping. De nouveaux résultats révolutionnaires sur ces sujets ont été publiés dans la prestigieuse revue scientifique Avancées scientifiques .

Les chercheurs en électronique organique ont un matériau de prédilection pour travailler :le polymère conducteur PEDOT:PSS, qui conduit à la fois les électrons et les ions. Les écrans et transistors fabriqués à partir de ce polymère présentent de nombreux avantages, qui incluent qu'ils sont simples et bon marché à fabriquer, et le matériau lui-même n'est pas dangereux. Il a, cependant, été difficile de créer des dispositifs qui commutent rapidement à une tension spécifique, connue sous le nom de "tension de seuil". Cela donne ce qu'il a, jusque là, était difficile de contrôler l'état actuel des transistors ou l'état de couleur des affichages d'une manière précise.

"L'absence de tout seuil dans les caractéristiques de commutation redox du PEDOT:PSS entrave la bistabilité et la rectification, des caractéristiques qui permettraient un adressage matriciel passif dans la fonctionnalité d'affichage ou de mémoire », explique Simone Fabiano, maître de conférences au Laboratoire d'électronique organique, LOE, qui est l'auteur principal de l'article dans Science Advances, avec Negar Sani de l'institut de recherche RISE Acreo.

Il y a plus de cinq ans, une idée folle est née au Laboratoire d'électronique organique :pourriez-vous résoudre ce problème en combinant l'électrochimie avec la ferroélectricité ? Les matériaux ferroélectriques sont constitués de dipôles. Une extrémité d'un dipôle a une charge positive et l'autre une charge négative, et ces dipôles "ferroélectriques" tournent lorsqu'ils sont exposés à un champ électrique au-delà d'un seuil déterminé.

Le directeur du laboratoire, le professeur Magnus Berggren, ne pouvait laisser reposer cette idée, et lorsqu'il a reçu une bourse de recherche de la Fondation Knut et Alice Wallenberg en décembre 2012 pour utiliser librement, c'est l'un des projets à haut risque dans lequel il a choisi d'investir.

"Nous avons appelé la recherche puis la recherche fulgurante, et voici un résultat. Notre démonstration prouve que la recherche véritablement de pointe prend généralement beaucoup de temps et nécessite une patience considérable. Simone Fabiano a fait un travail formidable ici, et a refusé d'abandonner quand d'autres ont douté, " dit Magnus Berggren.

Après de nombreuses années d'expériences tenaces, Simone Fabiano et ses collègues du Laboratoire d'électronique organique ont réussi à appliquer une fine couche d'un matériau ferroélectrique sur une électrode dans des dispositifs et circuits électrochimiques organiques.

"L'épaisseur de la couche détermine la tension à laquelle le circuit bascule ou l'affichage change de couleur. Les transistors ne sont plus nécessaires dans les affichages :nous pouvons les contrôler pixel par pixel simplement à travers une fine couche ferroélectrique sur l'électrode, " dit Simone Fabiano.

Le groupe de recherche LOE montre dans l'article que la "ferroélectrochimie", la combinaison de la ferroélectricité et de l'électrochimie, peut être utilisé dans les affichages dans le domaine de l'électronique imprimée et dans les transistors organiques. Les scientifiques envisagent, cependant, de nombreux autres domaines d'application.

"Les composants ferroélectrochimiques s'intègrent facilement dans des matrices mémoires et dans des applications bioélectroniques, juste pour donner quelques exemples, " dit Simone Fabiano.

La technologie est maintenant protégée par des brevets.

"Le domaine de la ferroélectrochimie n'existe pas réellement, mais nous avons réussi en utilisant cette combinaison, " conclut Magnus Berggren.