Вырастут из капли. Органические кристаллы совершат переворот в электронике.

— Таковы возможности особых органических пленок, — объясняет Дмитрий Юрьевич. — Они обладают полупроводниковыми свойствами, проводят электричество, излучают и поглощают свет. А толщина их активного слоя составит всего несколько нанометров. 

— Связь совершенно естественная. Ведь в любом живом организме, в том числе и человека, все процессы, которые в технике выполняют компьютеры, — записи, хранения и обработки информации — происходят на молекулярном уровне и необыкновенно эффективно. Неудивительно, что со временем ученые научились воспроизводить особенности живой природы: создавать электронные устройства, реагирующие на наши прикосновения, например “электронную кожу”, такие приборы, как “электронный нос”. На основе молекул, обладающих полупроводниковыми свойствами, их удалось сделать поглощающими свет и проводящими электрический ток. Важный шаг в развитии этого молодого научного направления, сформировавшегося в последние примерно 15-20 лет, — открытие эффекта проводимости в полимерах. Тогда стало возможным получать самые разные полимеры и небольшие органические молекулы, наделенные различными полупроводниковыми свойствами, которые можно использовать в электронике, и даже применять органическую пленку в качестве проводящего электрический ток металла. А если на такую пленку подать напряжение, то она может излучать свет. Так появились полимерные светоизлучающие органические диоды. Сейчас крупные производители электроники устанавливают их в панелях смартфонов. Пока это гибридные устройства с применением традиционного кремния в качестве транзистора, управляющего каждым пикселом дисплея, но в будущем подложка с управляющей электроникой также будет органической. Как и светоизлучающие транзисторы. Они могут стать основой различных устройств следующего поколения.

— Мы пошли своим путем и, чтобы делать устройства, обладающие уникальными особенностями, материалы для них “строим” на кристаллах. Свойства кристаллических полупроводников просто превосходные. Как и неорганические: например, полупроводниковые характеристики кристаллического кремния намного лучше аморфного. Наши исследования показали, что хорошие полупроводниковые органические пленки необязательно получать, используя известные и, заметим, дорогие методы, требующие высоких температур и вакуума. Кристаллы выращиваем с помощью растворителей в жидкой среде. И добиваемся, чтобы они не уступали аналогам, созданным традиционными способами, что значительно уменьшает стоимость их получения.

Если совсем просто, то нужно капнуть раствор на подложку и подождать, пока растворитель испарится, — в результате на подложке вырастут кристаллики. При изучении их особенностей в первую очередь нас интересуют полупроводниковые свойства материала — как он излучает свет, а также его проводимость. Анализ показал, что наши кристаллические пленки очень эффективны, обладают отличными светоизлучающими и электропроводящими характеристиками. 

— Ничего сложного в нашем методе нет. Коллеги-химики из Института синтетических полимерных материалов РАН синтезируют нужные молекулы, мы их растворяем и наносим на подходящую подложку — печатаем или наливаем. Но можно прибегнуть и к другим способам, скажем, окунуть подложку в раствор. Технология достаточно простая и относительно недорогая. В настоящее время в Троицке РОСНАНО планирует построить линию по производству транзисторных матриц для выпуска микроэлектроники нового поколения — различных легких и гибких устройств, например сенсоров и электронной бумаги. Напечатанные на ней, к примеру, географические карты и газеты будут отличного качества. Так метод органической электроники вышел на стадию промышленного освоения. 

— В России таких групп не очень много, но есть среди них и работающие на мировом уровне. К ним относится наша лаборатория — иначе зачем бы мы взялись за эти исследования? Каждую осень в Подмосковье проводим международную школу по органической электронике для молодых ученых. Она собирает до сотни участников, из них примерно 60-70 из нашей страны. (Чтобы успеть попасть на встречу в этом году, надо зарегистрироваться на сайте школы — www.ifsoe.ru.) 

— Да, конечно. Хотя его междисциплинарный характер и напрягает некоторых: физики понимают, что им надо углубиться в изучение химии, а химикам предстоит заняться физикой, причем и тем, и другим “копнуть” придется достаточно глубоко. Учитывая все это, на физфаке МГУ недавно появился спецкурс по органической электронике. Мы читаем его вдвоем с химиком по образованию Сергеем Пономаренко, он излагает материал больше как химик, а я — как физик. Студентам такой подход необходим: у них вырабатывается общее представление об этом направлении. На мой взгляд, готовить специалистов в области органической электроники нужно начинать еще в школе на уроках, объединяющих химию, физику, биологию. Ему и название придумывать не надо: подходит и “естествознание”, и “природоведение”. Главное, чтобы в школах и университетах эти области не были разъединены, как сейчас, а были интегрированы в единое “древо знания”, различные ветви которого не только имеют общий корень, но и тесно переплетены друг с другом. Почему нам не следовать за такими гениями прошлого, как Леонардо да Винчи или Михайло Ломоносов?

— Физик по образованию, я в 1990-х годах работал в области фотофизики полупроводниковых полимеров. Затем переключился на органическую электронику, пройдя путь от создания тонких пленок до разработки устройств. Конечно, потребовалось определенное время, чтобы освоить новые для меня области, охватывающие разные направления науки. Но не скажу, что это далось мне с трудом: в различных областях знания, которые я изучал, обнаружились общие идеи и принципы построения научных концепций — их просто нужно было понять и принять — тогда достаточно легко удавалось перейти к практическому применению. 

— Да, статья была опубликована в журнале Американского химического общества “Прикладные материалы и интерфейсы” в начале этого года. Смысл нашей работы прост: мы показываем, что можем из растворов вырастить органический кристалл с хорошими люминесцентными и полупроводниковыми свойствами и на его основе делать высококачественные светоизлучающие устройства для микроэлектроники нового поколения, а в будущем — легкий, гибкий органический лазер, питающийся от батарейки. Сфера его применения пока четко не обозначена, но стоит ему появиться — определится, уверен, обязательно.