الالكترونيات العضوية

الهدف: أجهزة إلكترونية صغيرة وفعالة وصديقة للبيئة. الوسيط: لتلطيخ دقيق للطبقات الجزيئية

إحدى الطرق لتحسين شيء ما هي "إفساده" قليلاً. وهكذا، على سبيل المثال، الصلب هو الحديد "الملوث" مع القليل من الكربون. تطورت صناعة الإلكترونيات الحديثة وتأسست بفضل القدرة على تحضير أشباه الموصلات مثل السيليكون (السيليكون) بدرجة عالية من النقاء بحيث يمكن تلويثها ("المملحة") بطريقة محسوبة ومسيطر عليها. وهو التوصيل الذي يجعل من الممكن توجيه حركة الإلكترونات عبر شبه الموصل وبالتالي التحكم في خواصه الكهربائية.
ونجح مؤخراً فريق من العلماء من معهد وايزمان للعلوم، بالتعاون مع علماء أمريكيين، في تطبيق هذه العملية لأول مرة في مجال الإلكترونيات الجزيئية. تنبع جدوى تطوير الإلكترونيات الجزيئية المعتمدة على المواد العضوية من عدة مزايا: أولاً، هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من الجزيئات العضوية، وبعضها أرخص بكثير من أشباه الموصلات المستخدمة اليوم. ثانيًا، المواد العضوية قابلة للتحلل الحيوي، وبالتالي فهي أكثر صداقة للبيئة. وثالثًا، يتيح هيكلها المرن التخطيط وإجراء التغييرات بسهولة نسبية، وبالتالي التأثير على الخواص الكهربائية للأجهزة المكونة لها. تنشأ الصعوبات الرئيسية في تطبيق الإلكترونيات الجزيئية من الحاجة إلى استخدام مواد عضوية نظيفة بما فيه الكفاية، وكذلك إيجاد طرق فعالة لتكثيفها.
تعد الإلكترونيات الجزيئية أحد مناهج البحث في إلكترونيات المواد العضوية وتعتمد على جزيئات أو طبقات مفردة لا يتجاوز سمكها سمك جزيء واحد. بدأ البروفيسور يعقوب ساغيف، من قسم أبحاث المواد والأسطح في معهد وايزمان للعلوم، بإجراء الأبحاث على هذه الطبقات منذ حوالي 25 عامًا. بالنسبة للإلكترونيات، المشكلة هي أن هذه الأنظمة حساسة، ومن الصعب التعامل معها بدقة، وحتى وقت قريب لم يكن من الواضح ما إذا كان من الممكن تصفيتها.
وهنا دخل الصورة البروفيسور ديفيد خان وباحث ما بعد الدكتوراه الدكتور أوليفر سيتز من قسم المواد والسطوح في كلية الكيمياء، ويعملان بالتعاون مع الدكتور إيلات ويلان وحاجي كوهين من وحدة البنى التحتية للبحوث الكيميائية في معهد وايزمان والبروفيسور أنتوين كان، الأستاذ الزائر في المعهد من جامعة برينستون. لقد تمكنوا من خلال القوات المشتركة من أن يظهروا لأول مرة أن مثل هذه الجدولة ممكنة بالفعل.
وبالتالي، كانت الخطوة الأولى في عمل الباحثين هي "تنظيف" طبقة العيوب. تضمن العمل الدقيق للنمل عمليات طويلة من التجفيف والتنظيف وإزالة الأكسجين والمزيد. واستخدم الباحثون نوعاً بسيطاً من الجزيئات العضوية، تشبه مادة "الأوكتان" الموجودة في الوقود، وهي معزولة كهربائياً. وبالفعل أظهرت القياسات الكهربائية أن تيار الإلكترون الذي يمر عبر الطبقة الرقيقة يشبه ذلك الذي يمر عبر عازل مثالي. وتعني النتيجة أن النظام يحتوي بالفعل على مستوى معين لا مفر منه من العيوب، لكن هذه العيوب لم تعد تملي سلوك الإلكترونات.
والآن بعد أن أصبح لديهم نظام نظيف في حوزتهم، بدأ العلماء في "تلويثه"، أي إجراء التوجيه. للقيام بذلك، قاموا بتشعيع السطح بالأشعة فوق البنفسجية أو بشعاع إلكتروني ضعيف. ونتيجة لذلك حدث تغير كيميائي في تركيب سلاسل الكربون التي تشكل الطبقة الجزيئية، وتشكلت روابط مزدوجة بين ذرات الكربون. تؤثر هذه الروابط على حركة الإلكترونات عبر الجزيئات.

البروفيسور كان: "إن الطريقة التي طورناها تجعل من الممكن بدء العمل بنظام يتصرف كمثال مثالي، حيث توجد طبقة موحدة بما فيه الكفاية من الجزيئات، والتي (وليس العيوب) تملي طبيعة مرور الإلكترونات من خلال الطبقة. وبمجرد وجود مثل هذا النظام المثالي، يمكن تغييره وفقًا للاحتياجات من خلال التوجيه، وبالتالي التحكم في خصائص النقل الكهربائي. وقد تم وصف الطريقة الجديدة مؤخرًا في المجلة العلمية للجمعية الكيميائية الأمريكية. ويقول العلماء إن هذا سيجعل من الممكن التوسع بشكل كبير في استخدام الطبقات العضوية أحادية الجزيئية في مجال الإلكترونيات النانوية. الدكتور سيتز: "إذا سمح للمرء أن يكون متفائلاً للغاية، وأن يحلم قليلاً، فمن الممكن أنه بهذه الطريقة سيكون من الممكن إنشاء أجهزة كهربائية صغيرة ومختلفة، وربما أكثر صديقة للبيئة، مقارنة بالأجهزة التي موجودة اليوم."