los investigadores de la Universidad de Kyushu demostraron una estrategia que podría formar la base de una nueva clase de dispositivos electrónicos con propiedades exclusivamente sintonizables y pudieron variar ampliamente el color de emisión y la eficiencia de los diodos emisores de luz orgánicos basados en exciplexes simplemente cambiando la distanciaentre moléculas clave en los dispositivos por unos pocos nanómetros.
Esta nueva forma de controlar las propiedades eléctricas cambiando ligeramente el grosor del dispositivo en lugar de los materiales podría conducir a nuevos tipos de dispositivos electrónicos orgánicos con comportamiento de conmutación o emisión de luz que reacciona a factores externos.
Los dispositivos electrónicos orgánicos como OLED y células solares orgánicas usan películas delgadas de moléculas orgánicas para los materiales eléctricamente activos, lo que hace posible dispositivos flexibles y de bajo costo.
Un factor clave que determina las propiedades de los dispositivos orgánicos es el comportamiento de los paquetes de energía eléctrica llamados excitones. Un excitón consiste en un electrón negativo atraído por un agujero positivo, que puede considerarse como un electrón faltante.
En los OLED, la energía en estos excitones se libera como luz cuando el electrón pierde energía y llena la vacante del agujero. Variando la energía del excitón, por ejemplo, cambiará el color de emisión.
Sin embargo, los excitones se localizan comúnmente en una sola molécula orgánica y se unen estrechamente con energías de unión de aproximadamente 0,5 eV. Por lo tanto, generalmente se deben diseñar y sintetizar moléculas completamente nuevas para obtener diferentes propiedades de estos excitones de tipo Frenkel, como el rojo,emisión verde o azul para pantallas.
Los investigadores del Centro de Investigación de Electrónica y Fotónica Orgánica de la Universidad de Kyushu OPERA se centraron en un tipo diferente de excitón llamado exciplex, que está formado por un agujero y un electrón ubicados en dos moléculas diferentes en lugar de la misma molécula.
Al manipular la distancia molecular entre la molécula donadora de electrones donante y la molécula aceptora de electrones aceptor que llevan el agujero y el electrón del exciplex, respectivamente, los investigadores podrían modificar las propiedades de estos excitones débilmente unidos.
"Lo que hicimos es similar a colocar hojas de papel entre un imán y un refrigerador", dijo el profesor asociado Hajime Nakanotani, autor principal del artículo que informa sobre estos resultados publicados en línea el 26 de febrero de 2016 en la revista Avances científicos .
"Al aumentar el grosor de una capa extremadamente delgada de moléculas orgánicas insertadas como espaciador entre el donante y el receptor, podríamos reducir la atracción entre el orificio y el electrón en el exciplex y, por lo tanto, influir en gran medida en la energía, la vida útil y la emisión del exciplexcolor y eficiencia "
De hecho, los cambios pueden ser grandes: al insertar una capa espaciadora con un espesor de solo 5 nm entre una capa donante y una capa receptora en un OLED, el color de emisión cambió de naranja a verde amarillento y la eficiencia de emisión de luz aumentó 700%.
Para que esto funcione, la molécula orgánica utilizada para la capa espaciadora debe tener una energía de excitación mayor que la del donante y el receptor, pero dichos materiales ya están ampliamente disponibles.
Si bien la distancia molecular está determinada actualmente por el grosor de la capa espaciadora depositada al vacío, los investigadores ahora están buscando otras formas de controlar la distancia.
"Esto nos brinda una forma poderosa de variar en gran medida las propiedades del dispositivo sin rediseñar ni cambiar ninguno de los materiales", dijo el profesor Chihaya Adachi, director de OPERA. "En el futuro, prevemos nuevos tipos de dispositivos basados en excitones que respondan afuerzas externas como la presión para controlar la distancia y el comportamiento eléctrico "
Además, los investigadores descubrieron que los exciplexes todavía se formaban cuando el espaciador tenía un grosor de 10 nm, que es largo a escala molecular.
"Esta es una de las primeras pruebas de que los electrones y los agujeros aún podrían interactuar así a una distancia tan larga", comentó el profesor Adachi, "por lo que esta estructura también puede ser una herramienta útil para estudiar y comprender la física de los excitones para diseñarmejores OLED y células solares orgánicas en el futuro "
"Desde el punto de vista científico y de aplicaciones, estamos entusiasmados de ver a dónde nos lleva este nuevo camino para la ingeniería de excitones y esperamos establecer una nueva categoría de electrónica basada en excitones".
Esta investigación está en curso bajo el Proyecto de Ingeniería de Excitón Molecular Adachi financiado por el programa Exploratorio de Investigación para Tecnología Avanzada ERATO de la Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón JST.
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Materiales proporcionados por Universidad de Kyushu, OPERA . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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