Gli scienziati hanno scoperto che le molecole semiconduttrici con elettroni spaiati, denominati "radicali" possono essere utilizzati per fabbricare diodi organici a emissione di luce (OLED), sfruttando la loro proprietà di "spin" della meccanica quantistica per superare i limiti di efficienza per i tradizionali, materiali non radicali.

I radicali sono generalmente noti per la loro elevata reattività chimica e per gli effetti spesso dannosi, dalla salute umana allo strato di ozono. Ora gli OLED radicali potrebbero costituire la base per i display e le tecnologie di illuminazione di prossima generazione.

Scrivendo in Natura , il team dell'Università di Cambridge e della Jilin University descrive come i radicali stabilizzati formino stati elettronici noti come "doppietti", a causa del carattere di spin che può essere "su" o "giù".

Far passare l'elettricità attraverso questi OLED a base radicale porta alla formazione di stati eccitati a doppietto luminoso che emettono luce rosso intenso con un'efficienza quasi del 100%. Per i composti tradizionali (cioè non radicali senza un elettrone spaiato), Le considerazioni sullo spin quantomeccanico impongono che l'iniezione di carica formi il 25% di stato luminoso "singolo" e il 75% di stato "tripletto" scuro nel funzionamento OLED. I radicali rappresentano una soluzione elegante a questo fondamentale problema di spin che ha turbato i ricercatori sin dallo sviluppo degli OLED dagli anni '80.

Dott. Emrys Evans, un coautore principale che lavora nel gruppo del professor Sir Richard Friend al Cavendish Laboratory, disse "A prima vista, i radicali negli OLED non dovrebbero funzionare davvero, che rende i nostri risultati così sorprendenti. I radicali stessi sono insolitamente emissivi, e operano negli OLED con una fisica insolita."

Quando isolato in una matrice ospite ed eccitato con un laser, i radicali, atipicamente, hanno un'efficienza prossima all'unità per l'emissione di luce. Il comportamento altamente emissivo è stato tradotto in LED altamente emissivi, ma con un'altra svolta:nei dispositivi, la corrente elettrica inietta elettroni nel livello energetico di elettroni spaiati del radicale, ed estrae gli elettroni da un livello inferiore, e un'altra porzione della molecola, per formare stati eccitati di doppietto luminoso.

In futuro, con un'ulteriore innovazione dei materiali potrebbero apparire diodi efficienti a base di radicali a luce blu e verde. I ricercatori stanno lavorando per sfruttare i radicali al di là delle applicazioni di illuminazione, e si aspettano che i radicali abbiano un impatto su altri rami della ricerca sull'elettronica organica.

Il professor Feng Li dell'Università di Jilin è un visitatore del Laboratorio Cavendish e autore corrispondente del lavoro. Ha detto:"La collaborazione tra le università e i gruppi di ricerca è stata determinante per il successo di questo lavoro. In futuro, Spero che possiamo dimostrare soluzioni più radicali per l'elettronica organica".