Scienziati di RIKEN e della University of California San Diego, in collaborazione con partner internazionali hanno trovato un modo per ridurre significativamente la quantità di energia richiesta dai diodi organici a emissione di luce (OLED). Gli OLED hanno attirato l'attenzione come potenziali sostituti dei diodi a cristalli liquidi, poiché offrono vantaggi come la flessibilità, magro, e non necessita di retroilluminazione.

Il gruppo ha ottenuto l'anticipo, pubblicato in Natura , sviluppando un nuovo modo di manipolare gli "eccitoni", coppie di elettroni e lacune, che sono fondamentali per il trasporto di elettroni all'interno degli OLED. Essenzialmente, la corrente che passa attraverso il dispositivo crea tali coppie, che poi passano a un livello di energia inferiore ed emettono luce visibile nel processo. Normalmente, gli eccitoni negli OLED si presentano in due modelli, con gli spin che sono uguali o opposti, e quelli con gli stessi spin, conosciuti tecnicamente come eccitoni tripletti, sono tre volte più comuni. Però, le canottiere, che si creano insieme alle terzine, richiedono più energia, e sebbene possano essere convertiti in triplette, significa comunque che il dispositivo nel suo insieme richiede l'energia per crearli in primo luogo.

Nel lavoro attuale, il gruppo ha trovato un modo per abbassare la tensione in modo che si formino solo triplette. Il lavoro è iniziato con una ricerca fondamentale per comprendere la fisica di base alla base della creazione di eccitoni utilizzando misurazioni precise dell'elettroluminescenza a singola molecola utilizzando un microscopio a effetto tunnel (STM) combinato con un sistema di rilevamento ottico. Hanno preparato un sistema modello basato su una molecola isolata di 3, 4, 9, 10-perilenetetracarbossilico dianidride (PTCDA), un semiconduttore organico, adsorbito su un film isolante ultrasottile supportato da metallo. Hanno usato una tecnica speciale per impartire una carica negativa alla molecola. Quindi, hanno usato la corrente di un STM (microscopio a scansione a effetto tunnel) per indurre la luminescenza nella molecola, e monitorato quale tipo di eccitone è stato creato in base allo spettro di emissione. Le misurazioni hanno mostrato che a bassa tensione, si sono formate solo triplette. I calcoli teorici di Kuniyuki Miwa e Michael Galperin dell'UC San Diego hanno confermato i risultati sperimentali e confermato il meccanismo.

"Noi crediamo, " afferma Kensuke Kimura del RIKEN Cluster for Pioneering Research, "che siamo stati in grado di farlo grazie a un meccanismo precedentemente sconosciuto, dove gli elettroni vengono rimossi selettivamente dalla molecola carica a seconda del loro stato di spin."

"È stato molto emozionante scoprire questo nuovo meccanismo, " dice Yousoo Kim, leader del Surface and Interface Science Laboratory nel RIKEN CPR, "Riteniamo che questi risultati potrebbero diventare un principio di funzionamento generale per nuovi OLED a bassa tensione operativa".