Une équipe remet en question les pratiques habituelles en électronique organique

L’analyse du mérite est un élément essentiel du processus scientifique, garantissant que la recherche repose sur des preuves rigoureuses et une méthodologie solide. Il permet le progrès scientifique, renforce la crédibilité, la qualité et la fiabilité des recherches futures. Il permet à une communauté de recherche de construire un langage commun, des pratiques communes et une logique commune.

Parfois, une découverte qui contredit l’analyse du mérite et les soi-disant « chiffres de mérite » dont dépendent l’analyse comparative des performances entraîne un changement radical pour un domaine de recherche. Un tel changement vient peut-être de se produire dans les laboratoires du Centre de recherche appliquée sur l’énergie (CAER) de l’Université du Kentucky.

Un nouvel article du groupe d’électronique organique d’Alexandra F. Paterson, “L’énigme du transistor électrochimique organique lors de la déclaration d’un chiffre de mérite de transport mixte ionique-électronique”, remet en question les pratiques traditionnelles en électronique organique, en particulier les conducteurs organiques mixtes ioniques-électroniques (OMIEC) et organiques. transistors électrochimiques (OECT). Il a été récemment publié dans Matériaux naturels.

Les conducteurs (les matériaux qui conduisent facilement l’électricité) et les transistors (les interrupteurs marche-arrêt de ces matériaux) constituent le pain et le beurre de notre monde électronique. Chaque téléphone, ordinateur, interrupteur d’éclairage et véhicule est équipé de transistors. Généralement, ceux-ci sont constitués de silicium et de ressources non renouvelables. Le laboratoire de Paterson se concentre sur la création de transistors utilisant des matériaux organiques (à base de carbone) plus flexibles que leurs homologues rigides.

“De nos jours, nous avons des milliards de transistors dans un smartphone. Ces transistors sont si fondamentaux pour notre société. Imaginez l’impact que nous pourrions avoir si nous développions des transistors avec de nouveaux matériaux organiques, plus respectueux de l’environnement, dotés de propriétés mécaniques différentes, qui peuvent être utilisés dans de nouveaux environnements”, a déclaré Paterson.

Les propriétés des OMIEC et des OECT sont vitales pour de nombreuses applications. Des biocapteurs portables et interfaces corps-machine à l’informatique neuromorphique, à la détection chimique, aux soins de santé et à l’agriculture, ces matériaux sont à la pointe des technologies avancées.

À mesure que la recherche progresse, les coûts diminuent et l’efficacité s’améliore. Le laboratoire Paterson, des projets soutenus dans le cadre du programme établi parrainé par la National Science Foundation (NSF) du Kentucky pour stimuler la recherche compétitive (EPSCoR), et le CAER britannique ont publié plusieurs articles et continuent de faire progresser les innovations dans ce domaine. Un de ces articles du laboratoire Paterson, publié dans Science avancée en juillet 2023, a exploré le dopage chimique comme approche innovante pour améliorer les performances des OECT.

Cependant, comme l’explore le dernier article du laboratoire Paterson, il existe peut-être une énigme avec les OECT en ce qui concerne le produit µC* (microcoulomb). Le produit µC* reflète la capacité d’un matériau organique à conduire efficacement l’électricité, tout en stockant la charge, et constitue la « figure de mérite » des systèmes OMIEC et OECT. Les chiffres de mérite sont utilisés pour comparer les performances des matériaux et des dispositifs ainsi que pour guider le développement futur. L’extraction directe du produit µC* des OECT devient une routine dans les communautés de la bioélectronique organique et de l’électronique organique.

L’article du laboratoire Paterson montre que, dans certains cas, les OECT peuvent donner des produits µC* inexacts, en les gonflant considérablement au-delà de leur valeur réelle. Il s’agit de la première publication sur la précision du produit µC*, et de la première fois qu’une résistance de canal exponentielle est signalée dans les OECT ; cette dernière découverte explique la cause des surestimations.

“Ce travail est important pour la communauté de l’électronique organique car, si ce paramètre n’est pas extrait correctement, il peut égarer l’ensemble du domaine, freiner l’accélération et la progression, avoir un impact sur les publications et conduire à des demandes de financement rejetées. Chiffres de mérite mal déclarés et incorrects, extraits de appareils électroniques, il faut des années pour les rectifier”, a déclaré Paterson. “Cette publication arrive à point nommé car elle peut soulever des inquiétudes quant à une analyse incorrecte du mérite dans le domaine avant qu’elle ne se généralise dans la littérature.”

L’équipe de Paterson sur cet article comprend la chercheuse postdoctorale Maryam Shahi, les chercheuses diplômées Vianna N. Le et Paula Alarcon Espejo, avec des collaborateurs de l’Université d’Oxford, dont Iain McCulloch, Ph.D., professeur de chimie des polymères, la chercheuse postdoctorale Christina Kousseff et diplômée étudiante Maryam Alsufyani.

Cette recherche s’aligne sur le projet Track-1 de KY NSF EPSCoR, Kentucky Advanced Partnership for Enhanced Robotics and Structures (KAMPERS), qui en est à sa cinquième année du projet quinquennal, axé sur l’avancement de la fabrication au Kentucky. Paterson est un nouveau professeur soutenu par le projet et qui a débuté en 2021.

Paterson travaille aux côtés de John Anthony, co-chercheur principal de Track-1, du directeur associé du UK CAER, Matt Weisenberger, et de plusieurs autres au Royaume-Uni, à l’Université de Louisville et dans d’autres institutions. Tous se concentrent sur le développement de suites compatibles d’isolateurs, de conducteurs et de semi-conducteurs imprimables pour l’électronique structurellement intégrée, ainsi que sur l’intégration complète de la détection, de la logique et de la communication dans ces structures à l’aide de l’impression 3D et de techniques associées. Les OECT jouent un rôle important dans ces objectifs.

“Notre groupe s’intéresse au concept d’introduction de nouveaux matériaux électroniques dans les structures de transistors traditionnelles ou existantes, car ce processus aboutit souvent à des caractéristiques nuancées et inattendues des dispositifs”, a déclaré Paterson. “Si nous comprenons les phénomènes derrière ces nouveaux comportements, cela permet non seulement de mieux comprendre les appareils actuels, mais conduit également à la découverte de nouveaux concepts d’appareils et de nouvelles règles de conception. C’est une voie vers l’établissement de nouvelles applications pour l’électronique organique.”