Le simulazioni di dinamica molecolare hanno dimostrato che l'efficienza misteriosamente elevata dei LED polimerici deriva dalle interazioni tra eccitoni tripletti nelle loro catene polimeriche, ed elettroni spaiati nelle loro impurità molecolari.

I LED polimerici (PLED) sono dispositivi contenenti singoli strati di polimeri luminescenti, racchiusa tra due elettrodi metallici. Producono luce mentre gli strati metallici iniettano elettroni e lacune nel polimero, creando distorsioni che possono combinarsi per formare due diversi tipi di coppie elettrone-lacuna:singoletti emettitori di luce, o una tripletta non emettente. Le teorie precedenti hanno suggerito che il rapporto tra questi due tipi dovrebbe essere di circa 1:3, che produrrebbe un'efficienza di emissione luminosa del 25%. Però, esperimenti successivi hanno mostrato che il valore reale può raggiungere l'83%. In una nuova ricerca pubblicata su EPJ B, fisici in Cina, guidato da Yadong Wang alla Hebei North University, scoperto che questa efficienza superiore al previsto può essere raggiunta attraverso interazioni tra eccitoni tripletti, e impurità incorporate nel polimero.

Per il loro valore scientifico e commerciale, I PLED stanno diventando un campo di ricerca sempre più popolare. Le scoperte del team di Wang potrebbero ora portare in futuro ad applicazioni più diffuse dei dispositivi. All'interno di strati polimerici PLED, È noto che gli eccitoni vengono prodotti attraverso la ricombinazione di polaroni, distorsioni nelle cariche elettriche che si formano e scompaiono quando gli elettroni si muovono attraverso i materiali solidi. Però, devono essere coinvolti anche altri meccanismi per spiegare perché le loro efficienze di luminescenza sono molto più alte di quanto previsto dalle teorie precedenti. Una proposta suggerisce che le loro proprietà elettriche e ottiche dei PLED siano fortemente influenzate da elettroni spaiati intrappolati all'interno delle impurità molecolari.

Wang e colleghi hanno esplorato questa idea attraverso simulazioni di dinamica molecolare, che ha permesso loro di ricreare collisioni tra un eccitone tripletto non emettitore in una catena polimerica, e un elettrone impuro spaiato. I loro calcoli hanno rivelato che gli eccitoni singoletti emettitori di luce sono tra i principali prodotti di questa reazione; con la loro proporzione complessiva variabile con la dimensione dell'impurità, e il suo grado di accoppiamento con la catena polimerica. Per la prima volta, il risultato offre prove conclusive che le impurità possono aumentare significativamente l'efficienza dei PLED, e offre nuovi indizi sui meccanismi molecolari coinvolti.