Investigadores de la Universidad Nacional de Investigación Nuclear MEPhI han creado un método único para diseñar virtualmente diodos emisores de luz orgánicos.
Según los autores del estudio, la nueva tecnología basada en la química cuántica reducirá significativamente el tiempo que lleva crear y comercializar nuevos dispositivos OLED, pantallas de alta calidad y fuentes de luz. Los resultados del estudio se publicaron en The Journal of Physical Chemistry A.
Los diodos emisores de luz orgánicos (OLED) son un área prometedora de la nanoelectrónica de semiconductores, que proporciona fuentes de luz y píxeles de pantalla compactos, de bajo costo y muy eficientes.
Según los científicos de MEPhI, el método para seleccionar moléculas emisoras, basado en cálculos químicos cuánticos, acelerará y facilitará en gran medida la creación de varios OLED de tercera generación, transfiriéndolos al campo del modelado informático.
“Hemos redefinido los principios del diseño molecular del emisor al analizar la molécula de 4,5-bis (carbazol-9-il) -1,2-dicianobenceno (2CzPN), el campeón actual en términos de eficiencia. Habiendo investigado los procesos multidireccionales característicos de esta molécula y otros semiconductores orgánicos, hemos identificado las características clave de su estructura que contribuyen a una luminiscencia efectiva ”, explicó Alexandra Freidzon, profesora asistente de NESPI MEPhI, Candidata de ciencias químicas.
La emisión de luz en OLED se produce debido al fenómeno de la recombinación: la colisión de portadores de cargas opuestas, electrones y los llamados huecos, que son moléculas o átomos sin un electrón.
La eficiencia cuántica de los OLED de primera generación fue inferior al 25%, mientras que con los OLED de tercera generación, en los que los científicos están trabajando actualmente, ya es posible utilizar el 100% de los pares de electrones y huecos. Esto es posible gracias al uso de uno de los procesos intramoleculares, la fluorescencia retardada activada térmicamente (TADF).
Anteriormente se creía que un emisor de TADF eficaz constaba de dos partes, cuya interacción debería ser mínima. Sin embargo, los científicos de MEPhI dicen que han establecido una serie de propiedades que debe tener un material para que su emisión compita de manera efectiva con los procesos no emisivos.
“Somos los únicos que hemos logrado aplicar el método químico cuántico, que es muy preciso en la posición de los niveles de energía de la molécula. Esto es de vital importancia en la teoría TADF, ya que los errores en las posiciones de nivel cambian cualitativamente el panorama completo. Además, logramos reunir todos los procesos que conducen y compiten con TADF, así como evaluar sus velocidades dentro de un solo modelo, sin aproximaciones adicionales ”, dijo Alexandra Freidzon.
Según los científicos de MEPhI, el cribado informático de materiales con criterios de selección claros ayudará a reducir drásticamente la cantidad de trabajo experimental y a acelerar el descubrimiento y lanzamiento de nuevos emisores OLED de tercera generación eficientes.
Según los autores del estudio, el método químico cuántico que utilizan requiere cálculos complejos, pero los datos obtenidos permitirán calibrar y mejorar la calidad de métodos más sencillos y económicos para estudiar semiconductores orgánicos.
El estudio se llevó a cabo en cooperación con el Centro de Fotoquímica de la Academia de Ciencias de Rusia como parte de la subvención de la Fundación de Ciencias de Rusia No. 19-13-00383. El equipo de investigación está desarrollando actualmente elementos de inteligencia artificial que ayudarán a procesar conjuntos de datos para una detección más eficiente.