Inom den organiska elektroniken används organiska material, till exempel plaster och textilier, i stället för traditionella halvledarmaterial som kisel. De organiska materialen är ofta billigare och mer flexibla än de traditionella. Dessutom kan de bli mer miljövänliga eftersom de består av ämnen som finns i riklig mängd, som kol, väte, syre och kväve. Allt sammankopplade i långa molekylkedjor eller polymerer.  

Redan i dag finns den organiska elektroniken i skärmar till mobiltelefoner och den kan få stor betydelse inom bland annat böjbara solceller, energilagring, sensorer och bioelektronik. Simone Fabiano lyfter fram utvecklingen inom internet of things där den organiska elektroniken kan spela en avgörande roll. Internet of things är ett samlingsbegrepp för alla de saker som ansluts till internet för att kommunicera med varandra och med omvärlden. En av världens största mikrochiptillverkare förutspår att år 2035 kommer det att finnas tusen miljarder internet of things-enheter i världen. 

– Den organiska elektroniken är den enda som har rätt egenskaper för att det ska lyckas. Tricket är att vi måste göra den tillräckligt stabil, säger Simone Fabiano. 

Det finns en potentiell risk att vi täcker hela jorden med nya former av plaster, därför är det viktigt att organisk elektronik är designad för att vara miljövänlig och hållbar.

Undvika läckage

För att göra de organiska materialen elektriskt ledande tillsätts särskilda molekyler som förändrar polymerernas elektriska potential. Processen kallas doping och gör det möjligt att skapa en elektrisk ström. Men de små dopningsmolekylerna har visat sig kunna läcka ut från materialen, särskilt när de utsätts för hög värme eller högt tryck. 

Häromåret gjordes dock en upptäckt i Simone Fabianos labb som gör hela dopningsprocessen onödig. Genom att mixa två polymerer med rätt energinivåer, så kan elektriska laddningar helt spontant flytta sig från den ena polymeren till den andra. En mycket överraskande upptäckt som gjordes mer eller mindre av misstag, menar Simone Fabiano. 

– Vi ville testa ett helt nytt sätt att tillverka organiska transistorer genom att blanda två polymerer med olika egenskaper för laddningstransport. Då upptäckte en av mina doktorander att transistorn han skapat inte gick att stänga av. Vi ägnade ett par veckor åt att försöka förstå vad som pågick innan vi insåg att vi gjort ett verkligt genombrott, säger Simone Fabiano. 

Förbättrad ledningsförmåga

Resultatet publicerades år 2020 i en artikel som kartlägger vilka egenskaper som krävs hos respektive polymerer för att skapa fenomenet. Nu tas nästa steg i forskningen med hjälp av anslaget Wallenberg Academy Fellows. Här är målet att bygga vidare på kunskaperna för att skapa mer stabila former av organisk elektronik. 

 – Vi ser att våra polymerer klänger fast vid varandra mycket hårt, inte ens upphettning får dem att skilja sig åt. Det gör materialet mycket stabilt och förbättrar även ledningsförmågan. 

Exakt vilka polymerer som ger den bästa ledningsförmågan återstår att ta reda på även om det redan finns några kandidater i labbet. I dag arbetar Simone Fabiano sida vid sida med tre postdoktorer och en doktorand. 

– När vi nått en ännu större förståelse av vilka egenskaper som krävs kan vi också syntetisera fram nya och ännu bättre materialkandidater. Inom fem år hoppas vi ha nått så långt att vi kan börja konstruera nya komponenter för användning i solceller, säger Simone Fabiano. 

Även om de första tillämpningarna kan bli inom solcellsteknik och nya sensorer så finns även mer fantasieggande möjligheter med tekniken. Inte minst inom bioelektronik där den organiska elektroniken kan passa väl som ett gränssnitt mellan biologisk vävnad och traditionell elektronik. 

– Inom bioelektronik är det extremt viktigt att materialen vi använder är stabila. Det får inte finnas någon risk att små molekyler vandrar vidare in i kroppens vävnader och organ. 

Vill bidra till samhället

År 2022 firade Simone Fabiano tioårsjubileum som forskare vid Linköpings universitet. Redan under gymnasietiden väcktes hans passion för kemiämnet, och en av hans drivkrafter är att skapa nya lösningar som kan göra nytta i samhället. Här är kommersialisering en viktig väg och därför har han grundat ett företag som utvecklar nya polymerer. 

– Det finns stora möjligheter att patentera de polymerer som vi skapar och vi ser en stor kommersiell potential med dem. Även detta är något som motiverar oss att utveckla dem vidare. 

Forskningen inom organisk elektronik är starkt tvärvetenskaplig och sker i nära samarbete med forskare vid bland annat Chalmers, men även vid universitet i Japan, Kina, USA och Tyskland. Att han själv stannat kvar i Linköping förklarar han med att forskningen som görs vid Linköpings universitet är i världsklass. 

– Vi har skapat en exceptionell forskningsmiljö som verkligen är en av de bästa i världen. Vår grundforskning innebär ett stort risktagande men också möjligheten att verkligen flytta gränserna för den organiska elektroniken. Här är ett anslag som Wallenberg Academy Fellows avgörande, säger Simone Fabiano.  

Text Magnus Trogen Pahlén  
Bild Thor Balkhed