RR
Roland Resel
Author with expertise in Molecular Electronic Devices and Systems
Achievements
Cited Author
Open Access Advocate
Key Stats
Upvotes received:
0
Publications:
6
(67% Open Access)
Cited by:
807
h-index:
51
/
i10-index:
212
Reputation
Biology
< 1%
Chemistry
< 1%
Economics
< 1%
Show more
How is this calculated?
Publications
0

Bottom-up organic integrated circuits

Edsger Smits et al.Oct 1, 2008
A long-standing ambition in the field of organic electronics has been to harness the self-organizing properties of certain classes of molecules to assemble key device structures without human intervention — the 'bottom up' approach to microelectronics. Single, self-assembled layers of such molecules have been successfully implemented in the form of SAMFETs (self-assembled-monolayer field-effect transistors), but the properties of the devices have been disappointing, largely due to defects in the monolayers and poor electronic coupling within the layers. Smits et al. now show that these limitations can be overcome by chemically designing the component molecules to ensure dense, highly ordered packing. The good electrical performance and high reproducibility of the resulting SAMFETs is demonstrated by combining over 300 of them into a functional integrated circuit. An ambition in the field of organic electronics has been to harness the self-organizing properties of certain classes of molecules to assemble key device structures without human intervention. Single, self-assembled layers of such molecules have been successfully implemented in transistors, but the devices' properties have not been promising, largely due to defects in the monolayers and poor electronic coupling between the molecules within the layers. It is now shown how such limitations can be overcome, by carefully tuning the properties of the molecules through chemical design to ensure dense, highly ordered packing in the self-assembled monolayer. The good electrical performance and high reproducibility of the resulting devices is demonstrated by combining over 300 of them into a functional integrted circuit. Self-assembly—the autonomous organization of components into patterns and structures1—is a promising technology for the mass production of organic electronics. Making integrated circuits using a bottom-up approach involving self-assembling molecules was proposed2 in the 1970s. The basic building block of such an integrated circuit is the self-assembled-monolayer field-effect transistor (SAMFET), where the semiconductor is a monolayer spontaneously formed on the gate dielectric. In the SAMFETs fabricated so far, current modulation has only been observed in submicrometre channels3,4,5, the lack of efficient charge transport in longer channels being due to defects and the limited intermolecular π–π coupling between the molecules in the self-assembled monolayers. Low field-effect carrier mobility, low yield and poor reproducibility have prohibited the realization of bottom-up integrated circuits. Here we demonstrate SAMFETs with long-range intermolecular π–π coupling in the monolayer. We achieve dense packing by using liquid-crystalline molecules consisting of a π-conjugated mesogenic core separated by a long aliphatic chain from a monofunctionalized anchor group. The resulting SAMFETs exhibit a bulk-like carrier mobility, large current modulation and high reproducibility. As a first step towards functional circuits, we combine the SAMFETs into logic gates as inverters; the small parameter spread then allows us to combine the inverters into ring oscillators. We demonstrate real logic functionality by constructing a 15-bit code generator in which hundreds of SAMFETs are addressed simultaneously. Bridging the gap between discrete monolayer transistors and functional self-assembled integrated circuits puts bottom-up electronics in a new perspective.
0

Substrate‐Induced and Thin‐Film Phases: Polymorphism of Organic Materials on Surfaces

Andrew Jones et al.Jan 21, 2016
An increase or modification of structural order in the vicinity of a solid substrate is known for a wide range of materials. For molecular materials crystallizing on a solid surface it has been observed that new polymorphic forms may exist near the interface with the substrate, which have structures different to those observed in the bulk. Such phases are termed as substrate‐induced phases (SIPs). The presence of an SIP in a compound or a class of materials can be of crucial significance in terms of their physical properties. However, the factors that drive such a process are not clearly understood or studied in depth. In this feature article, we review the current state of understanding concerning SIPs, giving examples of systems where SIPs have been observed, discussing their origins, and which questions remain to be answered. The role of the substrate in controlling the growth and subsequent structural order has been discussed in detail and the impact of polymorphism on organic electronic device properties has been addressed. Finally, the origin of SIPs has been correlated with their crystal structures and the differences with respect to the bulk structure are highlighted.
0
Paper
Citation232
0
Save
0

Advancing Green Hydrogen Purity with Iron-Based Self-Cleaning Oxygen Carriers in Chemical Looping Hydrogen

Fabio Blaschke et al.Aug 9, 2024
Green hydrogen is central to the energy transition, but its production often requires expensive materials and poses environmental risks due to the perfluorinated substances used in electrolysis. This study introduces a transformative approach to green hydrogen production via chemical looping, utilizing an iron-based oxygen carrier with yttrium-stabilized zirconium oxide (YSZ). A significant innovation is the replacement of Al2O3 with SiO2 as an inert support pellet, enhancing process efficiency and reducing CO2 contamination by minimizing carbon deposition by up to 700%. The major findings include achieving a remarkable hydrogen purity of 99.994% without the need for additional purification methods. The Fe-YSZ oxygen carrier possesses a significantly higher pore volume of 323 mm³/g and pore surface area of 18.3 m²/g, increasing the pore volume in the iron matrix by up to 50%, further improving efficiency. The catalytic system exhibits a unique self-cleaning effect, substantially reducing CO2 contamination. Fe-YSZ-SiO2 demonstrated CO2 contamination levels below 100 ppm, which is particularly noteworthy. This research advances our understanding of chemical looping mechanisms and offers practical, sustainable solutions for green hydrogen production, highlighting the crucial synergy between support pellets and oxygen carriers. These findings underscore the potential of chemical looping hydrogen (CLH) technology for use in efficient and environmentally friendly hydrogen production, contributing to the transition to cleaner energy sources.