Organinė elektronika kol kas nėra komerciškai patraukli, nes organinės medžiagos nėra ilgaamžės ir iš jų pagaminti daiktai negali būti ilgai naudojami, teigia fizikas Kristijonas Genevičius. Lietuvos mokslo premijos laureatai Gytis Juška, Kęstutis Arlauskas ir K. Genevičius kartu su kitų šalių mokslininkais aktyviai dirba tyrinėdami organines medžiagas ir ieškodami būdų, kaip jas pritaikyti gamyboje.

Kompanijos „Hitachi“ sukurta filmavimo kamera tokia gera, kad net išjungus šviesą patalpoje ji ir toliau gali ryškiai ir aiškiai filmuoti daiktus – netgi dar kokybiškiau negu lempų šviesoje. „Šis efektas turi tokią savybę – kuo mažesnis pašalinis krūvis, tuo geriau rodo“, – sako prof. K. Arlauskas.

Vaizdo kamera, sukurta 1995 m., puikiausiai geba 3 km gylyje filmuoti vandenyne plaukiojančias žuvis arba iš labai arti parodyti mūsų kraujagysles. Už šį savo išradimą japonai turėtų dėkoti lietuviams. Vaizdo kameroje naudojamas amorfinis selenas, kurio reikiamas savybes pirmieji nustatė Vilniaus universiteto mokslininkai.

„Amorfinio seleno efektą pastebėjome dar 1978 m. Japonai pakartojo, galima sakyti, patikrino mūsų rezultatus, 1988 m., o 1995 m. „Hitachi“ sukūrė šią vaizdo kamerą, – teigia K. Arlauskas. – Nuo tyrimo iki pritaikymo praėjo 17 metų. Jei kas galvoja, kad su mokslu yra taip – šiandien pagaminai, o rytoj jau valgai, – tai taip nebūna.“

Minėta vaizdo kamera – tik vienas pavyzdžių, kaip gali praversti netvarkios sandaros medžiagų tyrimai, kuriais užsiima profesoriai G. Juška, K. Arlauskas ir mokslų daktaras K. Genevičius. Dabar elektronikoje dažniausiai naudojami puslaidininkiai – medžiagos, pasižyminčios elektriniu laidumu. Pavyzdžiui, mikroelektronikoje dažniausiai naudojami puslaidininkiai yra silicio kristalai, kuriuos galima aptikti, pavyzdžiui, sparčiai populiarėjančiuose saulės elementuose. Kristalai yra tvarkios sandaros medžiagos – atomai juose išsidėstę tvarkingai. Be to, juos nesunkiai galima apskaičiuoti bei prognozuoti jų elgseną.

Netvarkios sandaros medžiagose atomai juda chaotiškai, todėl juos tyrinėti daug sunkiau, tačiau pastaruoju metu ir tokias medžiagas bandoma pritaikyti elektronikoje, kaip tai padarė minėtoji japonų kompanija, pritaikiusi amorfinį seleną vaizdo kamerai. Dėl šios priežasties labai svarbus mokslininkų darbas, tyrinėjant įvairias netvarkias medžiagas. Lietuviai tai ir daro, sulaukdami pripažinimo visame pasaulyje.

„Visos medžiagos yra netvarkios, išskyrus kristalus. [...] Pavykus aprašyti kristale vykstančio elektronų elgesio dinamiką, 1956 m. Nobelio premija buvo apdovanoti Johnas Bardeenas, Williamas Shockley ir Walteris Brattainas, kurie sukūrė tranzistorių. Nuo tada visa vakuuminė elektronika staigiai „persivertė“ į puslaidininkių elektroniką, kuri dabar labai išvystyta“, – teigia G. Juška.

Jo kolega K. Genevičius sako, kad tyrinėti kristalus kur kas paprasčiau nei kitas medžiagas, nes kristaluose atomai išsidėstę tvarkingai. Kita vertus, įvertinti, kas vyksta amorfinėse medžiagose, gana sudėtinga, todėl elektronikoje daugiausia naudojamos kristalinės medžiagos. „Tačiau gamta ir gyvybė yra ne kristaluose. Kristalais gamta nesinaudoja“, – teigia G. Juška.

1977 m. už elektronų procesų aprašymą netvarkioje medžiagoje Nobelio fizikos premija apdovanoti Philippas Warrenas Andersonas ir Nevillis Francis Mottas. G. Juška kaip amorfinės medžiagos pavyzdį pateikia stiklą, kuris yra netvarkus kūnas – atomai nėra tvarkingai išsidėstę. Iš pradžių amorfinės medžiagos naudotos rentgenografijoje, elektrografijoje, videokamerų kūrime. Tam naudotas amorfinis selenas. Alanas Heegeris, Alanas MacDiarmidas ir Hidekis Shirakawa už laidžių organinių medžiagų atradimą 2000 m. gavo Nobelio premiją. Šis atradimas padėjo vystytis organinei elektronikai. Šiuo metu jau vystoma bioelektronika.

Kaip organinių medžiagų naudojimo elektronikoje pavyzdį K. Genevičius pateikia telefonų gamyboje naudojamus skystuosius kristalus (jie taip pat yra organinės medžiagos) ir šviesos diodus. Šios medžiagos yra anglies ir vandenilio junginiai. K. Genevičiaus teigimu, tikrai ne visos organinės medžiagos tinkamos elektronikoje, tačiau jų tyrimams skiriama daug dėmesio. Organinės medžiagos naudojamos saulės elementų, kopijavimo aparatų, spausdintuvų, netgi šviečiančių tapetų gamyboje.

„Mūsų pagrindinis uždavinys yra tirti elektronų elgesį netvarkioje struktūroje – kaip jie juda, reaguoja į šviesą ir t. t. Iš pradžių tyrėme amorfinį seleną, radome daug naujų reiškinių. Svarbiausias iš jų – smūginė jonizacija, kuri videokameras padarė tūkstantį kartų jautresnes nei klasikinės. Po to perėjome prie amorfinio hidrogenizuoto silicio, nes iš jo galima pigiau gaminti plonyčius saulės elementus, – pasakoja K. Arlauskas.

Mokslo premijos laureatai aktyviai bendradarbiauja su kitų šalių mokslininkais. Jie yra dirbę Suomijos, Austrijos, Vokietijos, Australijos, Anglijos, Kanados universitetuose. Su Kanados mokslininkais lietuviai vykdė rentgenografijos aparatų tyrimus. „Tas darbas nėra vien mūsų. Bendradarbiaujame su daug pasaulio mokslininkų. Siekiame išsiaiškinti, pavyzdžiui, kodėl organinė medžiaga pasiekia tokį pat efektyvumą kaip ir silicis?“ – tvirtina G. Juška.

K. Arlauskas priduria, kad vienas jo ir kolegų prioritetų yra mokslinių tyrimų metodų tobulinimas. Pavyzdžiui, klasikiniai tyrimo metodai, kurie buvo naudojami tirti kristalams, netinka organinių medžiagų atveju. Mokslininkų grupė aktyviai dirba tobulindama tyrimų metodus, kurie leidžia ištirti platesnį medžiagų spektrą. Jų laboratorijoje naudoti metodai paplito visame pasaulyje.

K. Arlauskas, G. Juška ir K. Genevičius tyrinėja įvairias organines medžiagas, kuriose elektronai juda netvarkingai. Organinės medžiagos yra lanksčios, lengvos, atsparios deformacijoms. Pavyzdžiui, kai kurios įmonės kuria organinėmis medžiagomis padengtus šviečiančius ekranus, kuriuos netgi galima lankstyti ar susukti į vamzdelį. Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad tai komerciškai sėkminga ir daug žadanti sritis, tačiau fizikas K. Genevičius pasakoja, kad kol kas organinė elektronika pramoniniu būdu naudojama tik minėtiems ekranams, kopijavimo aparatams ir spausdintuvams gaminti.

„Organinė elektronika šiuo metu nėra komerciškai patraukli. Ji yra vystymosi stadijoje. Esama nemažai problemų su organinėmis medžiagomis, nes kiekviena organinė medžiaga linkusi degraduoti, t. y. laikui bėgant ji keičia savo cheminę struktūrą. Pavyzdžiui, ant saulės gulintys celofaniniai maišeliai po kurio laiko suyra. Iš principo tas pats vyksta su elektronikai naudojamomis organinėmis medžiagomis, nes jos gana trumpaamžės“, – nurodo K. Genevičius.

Jis priduria, kad medžiagos trumpaamžiškumo vertinimas priklauso ir nuo to, kam ta medžiaga vartojama. Pavyzdžiui,  saulės baterijoms reikalingos pigios, bet ilgai veikiančios medžiagos. Kita vertus, medžiagoms, naudojamoms monitorių, telefonų ekranų gamybai, trumpaamžiškumas nėra problema, nes tokius daiktus žmonės linkę keisti kas penkerius ar šešerius metus. „Tokiems įrenginiams organinės medžiagos tinka“, – apibendrina K. Genevičius.

Jo teigimu, tokios sritys, kaip saulės energetika ar elektronika, kuriai reikalingi lauko efektų tranzistoriai, yra problemiškos. Nors esama šioje srityje dirbančių įmonių, vargu, sako K. Grinevičius, ar joms pavyks išstumti silicio technologiją.

„Turbūt jie šios technologijos ir neišstums, bet taps nišiniais produktais, kuriuos gaminant organika dėl savo pigumo gali nugalėti [silicio technologija – LRT.lt]. Lietuvoje tuo niekas neužsiima, nes turėti tokią gamybinę liniją – brangu. Pigiau nusipirkti silicio gamybinę liniją, nes ši technologija išdirbta“, – tvirtina K. Grinevičius.

Norint sukurti organikos gamybos liniją, atkreipia dėmesį mokslininkai, viską reikėtų pradėti nuo nulio, o tam reikalingos didelės investicijos. Kaip teigia K. Arlauskas, jo ir kolegų naudojami metodai nėra komerciniai, tačiau tyrimų rezultatai gali turėti taikomąją prasmę. Pagrindinis lietuvių mokslininkų uždavinys – organinių medžiagų charakterizavimas, siekiant surasti atsakymą, kurios iš jų gali būti naudojamos gamyboje.