Os circuitos integrados (ICs) modernos baseados em silício atingiram os limites práticos da miniaturização, enquanto o uso de orgânicos pode potencialmente permitir a criação de elementos de microchip tão grandes quanto uma única molécula. Cientistas da Universidade Nacional Russa de Pesquisa Nuclear MEPhI (MEPhI) estão ativamente conduzindo estudos neste campo. Eles publicaram recentemente os resultados de suas mudanças de modelagem em moléculas agitadas de semicondutores orgânicos no Journal of Physical Chemistry .

Existem vários motivos pelos quais a eletrônica orgânica é considerada um campo promissor. As matérias-primas para eles são facilmente acessíveis e o uso de materiais orgânicos permite que elementos de IC de tamanho molecular sejam feitos, assim, aproximando-os das estruturas internas dos organismos vivos.

Uma dessas possibilidades promissoras é o projeto de materiais orgânicos moleculares e funcionais direcionados. Agora mesmo, Pesquisadores russos estão resumindo a experiência global nessas esferas e conduzindo modelagem preditiva.

"Nosso grupo está conduzindo modelagem preditiva para materiais eletrônicos orgânicos, especificamente para diodo orgânico emissor de luz (OLED; usado em telas leves de alta qualidade capazes de dobrar). O OLED emite luz, quando os elétrons vindos de um cátodo se encontram com buracos (de elétrons) vindos dos ânodos e se envolvem em recombinação. O Estado, quando um elétron e um buraco estão mutuamente ligados, mas não se recombinam, chamado de exciton, pode durar relativamente tempo, e muitas vezes está localizado dentro de uma única molécula, "disse Alexandra Freidzon, assistente da Universidade Nacional de Pesquisa Nuclear MEPhI e cientista do Centro de Fotoquímica do Centro Federal de Pesquisa Científica.

De acordo com Freidzon, a migração de uma quasipartícula de exciton para moléculas vizinhas permite que a cor e a eficácia da emissão de luz de OLEDs sejam convenientemente controladas. Para esse efeito, uma camada emissiva de luz pode ser colocada entre as camadas do tipo n e p de semicondutores orgânicos, carregando elétrons e buracos, respectivamente, com essas quase-partículas "encontrando-se" na camada intermediária, engajar-se em recombinação e permanecer ligados um ao outro.

"Estudamos como os excitons se comportam em uma molécula de um semicondutor de buraco típico, que também é usado como uma matriz para a camada emissiva, e descobriu-se que os excitons não se localizam na molécula inteira, mas em certas partes dele e pode migrar entre eles. Excitons podem fazer isso sob a influência de pequenas perturbações, como as causadas pela presença de outra molécula, "Freidzon acrescentou.

Os pesquisadores do MEPhI estudaram o mecanismo e a velocidade da migração do exciton de uma extremidade da molécula para outra e descobriram que a migração ocorre muito rapidamente em apenas um caminho e pode ser estimulada por certas flutuações intramoleculares.

Os autores da pesquisa acreditam que agora é possível estudar como a presença de moléculas vizinhas afeta esse processo e sugerir a modificação da molécula portadora de excitons para tornar mais eficiente o processo de transferência da energia de agitação para a molécula emissiva. Esse trabalho é o cerne do design virtual de materiais funcionais - os cientistas destacam as funções-chave do material e, em seguida, constroem um modelo, descrevendo o processo de sua função. Isso lhes permite determinar os principais fatores que afetam a eficácia dos processos e, assim, sugerir modificações em certos materiais funcionais, se necessário.

Os cientistas do MEPhI enfatizam que estão apenas começando a entender o processo de migração do exciton dentro da molécula em semicondutores orgânicos, mas em breve poderá apresentar sugestões sobre como modificar as moléculas usadas nas camadas emissivas do display OLED.