Un transistor orgánico con capacidades duales de detección y procesamiento
Investigadores de la Universidad Xi’an Jiaotong, la Universidad de Hong Kong y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Xi’an han desarrollado un transistor orgánico de doble función, sensor y procesador.
![Diseño cv-OECT de modo conmutable. a, Comparación del sistema nervioso biológico y el sistema nervioso artificial basado en cv-OECT, donde cv-OECT puede actuar como receptor volátil y sinapsis no volátil. Las micrografías ópticas muestran la vista superior de una v-OECT (barra de escala, 100 μm). b, arquitectura del dispositivo v-OECT; los dos cuadros discontinuos muestran respectivamente la contribución de iones en modo volátil/no volátil y la estructura química de PTBT-p. c, imágenes Cryo-EM de películas de PTBT-p recocidas térmicamente a 200 °C (RT) y recién coladas. d, Curvas de transferencia de cv-OECT con electrodo de puerta polarizable/no polarizable. e, 0–1 absorbancia normalizada en función del potencial de dopaje; el recuadro muestra la configuración para la medición UV-vis. Las etapas I y II corresponden al dopaje de las regiones amorfa y cristalina, respectivamente. f, los espectros UV-vis de los canales resueltos en el tiempo coinciden bien con el rendimiento del dispositivo. g, espectros XPS de canales p-OECT recocidos y fundidos dopados con LGP y HGP. Las líneas rosa y azul son las señales de origen. [TFSI−] antes y después del grabado a 30 nm. h, perfil GIWAXS unidimensional de muestras de película recocida. Antes de la medición, las muestras se doparon con LGP o HGP y luego se molieron. El cambio reversible del pico (100) entre el estado de alta/baja resistencia (HRS/LRS) sugiere que los aniones están estrechamente entrelazados entre las cadenas laterales de glicol en la región cristalina. i, Diagrama que explica el mecanismo de cambio de modo. El tamaño especial del canal y la cristalización proporcionan una barrera eVb alta entre los dos estados iónicos (1 y 2), lo que da como resultado un comportamiento no volátil. Vb denota el sesgo de voltaje que impulsa a los iones a superar la barrera. LGP solo puede inyectar iones en regiones amorfas y provocar un comportamiento volátil. Cuando se ha utilizado la puerta no polarizable, los contraiones no se pueden reducir en la puerta y, por lo tanto, migran y neutralizan el canal debido al campo eléctrico inverso, lo que hace que el dispositivo sea volátil. Crédito: Nature Electronics (2023). DOI: 10.1038/s41928-023-00950-y](https://www.electronicsforu.com/wp-contents/uploads/2023/06/an-organic-electrochem-1-500x331.jpg)
Los ingenieros electrónicos se esfuerzan por crear hardware eficiente inspirado en el cerebro para modelos de inteligencia artificial (IA). El hardware actual se centra en la detección, el procesamiento o el almacenamiento de datos, pero algunos equipos pretenden integrar los tres en un solo dispositivo.
Investigadores de la Universidad Xi’an Jiaotong, la Universidad de Hong Kong y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Xi’an han presentado un innovador transistor orgánico que actúa como sensor y procesador. El hardware de IA tradicional utiliza sistemas distintos para detectar, procesar y almacenar datos. La separación provoca un alto consumo de energía y retrasos cuando los datos se convierten entre componentes de hardware y señales analógicas. Los estudios pioneros apuntan a la impresionante capacidad de memoria y detección analógica (OECT) de los transistores electroquímicos orgánicos.
Los investigadores tenían como objetivo crear un OECT que se duplicara como sensor y procesador para mejorar la eficiencia del hardware de IA. Los OECT son dispositivos de película delgada que funcionan como transistores, prometedores para la bioelectrónica inteligente y el hardware neuromórfico. El OECT tiene distintos modos de detección y procesamiento habilitados por el dopaje selectivo de iones del canal amorfo cristalino dentro del dispositivo. En el modo de detección, los iones migratorios impulsados por una señal fisiológica ingresan a la estructura cristalina pero pueden difundirse hacia atrás, manteniendo baja la conductancia. En el modo de procesamiento, estos iones son «atrapados» por la estructura cristalina, manteniendo una alta conductancia. Esta funcionalidad dual mejora la singularidad y la eficiencia de nuestro dispositivo OECT.
Los investigadores utilizaron técnicas rentables, como la evaporación térmica, el recubrimiento de hojas de solución, el recocido térmico y el grabado de iones reactivos para producir su matriz OECT, lo que permitió la fabricación a gran escala. El dispositivo es un sensor para diferentes señales como electrofisiología, química, luz y temperatura. Además, como unidad de memoria, almacena estados analógicos de 10 bits, tiene poca aleatoriedad de conmutación y mantiene estados durante más de 10 000 segundos. Nuestro dispositivo OECT es verdaderamente versátil en el campo de la IA. El equipo realizó experimentos para evaluar la capacidad de su dispositivo para cambiar de modo de funcionamiento. Descubrieron una modulación efectiva, que le permite funcionar como sensor y procesador. Como sensor, detecta diversos estímulos, incluidos iones y luz. Como procesador, maneja estados analógicos de 10 bits reteniéndolos bien.
En el futuro, este transistor podría avanzar en dispositivos neuromórficos para la recopilación y el procesamiento de datos. Los investigadores demostraron su capacidad de diagnóstico de enfermedades cardíacas en tiempo real y planearon explorar más aplicaciones.
Referencia: Shijie Wang et al, Un transistor electroquímico orgánico para detección, memoria y procesamiento multimodo, Electrónica de la naturaleza (2023). DOI: 10.1038/s41928-023-00950-y