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 que es tanto un sensor como un procesador.
![Diseño del cv-OECT de modo conmutable. a, Comparación entre el sistema nervioso biológico y el sistema nervioso artificial basado en CV-OECT, donde CV-OECT puede funcionar como un receptor efímero y una sinapsis no volátil. Las micrografías de luz muestran la vista superior de una v-OECT (barra de escala, 100 μm). b, arquitectura del dispositivo de v-OECT; Los dos cuadros discontinuos muestran la contribución iónica en modo volátil/no volátil y la estructura química de PTBT-p, respectivamente. c, Imágenes crio-EM de películas p de PTBT recocidas térmicamente (TA) a 200 °C y fundidas. d, Curvas de transmisión de cv-OECT con electrodo de puerta polarizable/no polarizable. e, absorbancia 0–1 normalizada en función del potencial de dopaje; El recuadro muestra la configuración para la medición UV-Vis. Los niveles I y II corresponden al dopaje de áreas amorfas o cristalinas. f, los espectros UV-Vis de resolución temporal de los canales concuerdan 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 [TFSI−] antes y después del grabado de 30 nm. h, perfil unidimensional GIWAXS de las muestras de película recocida. Antes de la medición, las muestras se doparon con LGP o HGP y luego se molieron. El desplazamiento reversible del pico (100) entre los estados de alta/baja resistencia (HRS/LRS) sugiere que los aniones están fuertemente incrustados entre las cadenas laterales del glicol en el régimen cristalino. i, Representación esquemática del mecanismo de cambio de modo. Las dimensiones especiales del canal y la cristalización aseguran una alta barrera eVb entre los dos estados iónicos (1 y 2), lo que da como resultado un comportamiento no volátil. Vb denota el voltaje de polarización que hace que los iones superen la barrera. LGP solo puede inyectar iones en las regiones amorfas y dar como resultado un comportamiento volátil. Si se utilizó la puerta no polarizable, los contraiones en la puerta no se pueden reducir y, por lo tanto, migran al canal debido al campo eléctrico inverso y lo neutralizan, lo que hace que el dispositivo sea volátil. Crédito de la foto: 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 desarrollar hardware eficiente inspirado en el cerebro para modelos de inteligencia artificial (IA). El hardware actual se enfoca en adquirir, procesar o almacenar datos, pero algunos equipos se esfuerzan por integrar las tres funciones 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 sirve como sensor y como procesador. El hardware de IA tradicional utiliza diferentes sistemas para la adquisición, el procesamiento y el almacenamiento de datos. La separación provoca un alto consumo de energía y retrasos en la conversión de datos entre los componentes de hardware y las señales analógicas. Los estudios innovadores destacan las impresionantes capacidades de detección y almacenamiento analógico (OECT) de los transistores electroquímicos orgánicos.
El objetivo de los investigadores era desarrollar un OECT con funciones duales como sensor y procesador para mejorar la eficiencia del hardware de IA. Los OECT son dispositivos de película delgada que actúan como transistores y son prometedores para la bioelectrónica inteligente y el hardware neuromórfico. El OECT tiene diferentes modos de adquisición y procesamiento habilitados por el dopaje selectivo de iones del canal cristalino-amorfo dentro del dispositivo. En el modo de adquisición, los iones que migran, impulsados por una señal fisiológica, penetran en la estructura cristalina pero pueden difundirse hacia atrás, dejando una baja conductividad. En el modo de procesamiento, estos iones son "capturados" por la estructura cristalina, manteniendo una alta conductividad. Esta funcionalidad dual aumenta la singularidad y la eficiencia de nuestro dispositivo OECT.
Los investigadores utilizaron técnicas económicas, como la evaporación térmica, el recubrimiento de cuchillas en solución, el recocido térmico y el grabado de iones reactivos para fabricar su matriz OECT, lo que permitió la fabricación a gran escala. El dispositivo es un sensor para varias señales, como electrofisiología, productos químicos, luz y temperatura. Además, como unidad de almacenamiento, almacena estados analógicos de 10 bits, tiene poca aleatoriedad de conmutación y retiene estados durante más de 10 000 segundos. Nuestro dispositivo OECT es realmente 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 eficaz que le permitía funcionar como sensor y procesador. Como sensor, detecta diversos estímulos, incluidos iones y luz. Como procesador, maneja estados analógicos de 10 bits y los mantiene bien.
En el futuro, este transistor podría alimentar dispositivos de adquisición y procesamiento de datos neuromórficos. Los investigadores demostraron la capacidad de diagnosticar enfermedades cardíacas en tiempo real y planearon explorar otras aplicaciones.
Referencia: Shijie Wang et al., An Organic Electrochemical Transistor for Multimode Sensing, Storage, and Processing, electrónica natural (2023). DOI: 10.1038/s41928-023-00950-y
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