Simulações de dinâmica molecular mostraram que a misteriosamente alta eficiência de LEDs de polímero surge de interações entre excitons tripletos em suas cadeias de polímero, e elétrons desemparelhados em suas impurezas moleculares.

LEDs de polímero (PLEDs) são dispositivos que contêm camadas únicas de polímeros luminescentes, imprensado entre dois eletrodos de metal. Eles produzem luz à medida que as camadas de metal injetam elétrons e buracos no polímero, criando distorções que podem se combinar para formar dois tipos diferentes de par elétron-buraco:singletes emissores de luz, ou trigêmeos não-emissores. Teorias anteriores sugeriram que a proporção entre esses dois tipos deve ser em torno de 1:3, que produziria uma eficiência de emissão de luz de 25%. Contudo, experimentos subsequentes mostraram que o valor real pode chegar a 83%. Em uma nova pesquisa publicada na EPJ B, físicos na China, liderado por Yadong Wang na Hebei North University, descobriram que essa eficiência mais alta do que o esperado pode ser alcançada por meio de interações entre excitons tripletos, e impurezas embutidas no polímero.

Devido ao seu valor científico e comercial, Os PLEDs estão se tornando um campo de pesquisa cada vez mais popular. As descobertas da equipe de Wang agora podem levar a aplicações mais difundidas dos dispositivos no futuro. Dentro das camadas de polímero PLED, É sabido que os excitons são produzidos através da recombinação dos polarons - distorções nas cargas elétricas que se formam e desaparecem à medida que os elétrons se movem através de materiais sólidos. Contudo, outros mecanismos também devem estar envolvidos para explicar por que suas eficiências de luminescência são muito maiores do que as teorias anteriores previstas. Uma proposta sugere que suas propriedades elétricas e ópticas de PLEDs são fortemente influenciadas por elétrons desemparelhados aprisionados em impurezas moleculares.

Wang e colegas exploraram essa ideia por meio de simulações de dinâmica molecular, que lhes permitiu recriar colisões entre um exciton tripleto não-emissor em uma cadeia de polímero, e um elétron de impureza não pareado. Seus cálculos revelaram que excitons singuletos emissores de luz estão entre os principais produtos dessa reação; com sua proporção geral variando com o tamanho da impureza, e seu grau de acoplamento com a cadeia de polímero. Pela primeira vez, o resultado oferece evidências conclusivas de que as impurezas podem aumentar significativamente a eficiência dos PLEDs, e oferece novas pistas sobre os mecanismos moleculares envolvidos.