Cientistas da RIKEN e da Universidade da Califórnia em San Diego, em colaboração com parceiros internacionais descobriram uma maneira de reduzir significativamente a quantidade de energia exigida por diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs). OLEDs têm chamado a atenção como potenciais substitutos para diodos de cristal líquido, uma vez que oferecem vantagens, como flexibilidade, afinar, e não requer iluminação de fundo.

O grupo alcançou o avanço, publicado em Natureza , desenvolvendo uma nova maneira de manipular os "excitons" - pares de elétrons e buracos - que são a chave para o transporte de elétrons dentro dos OLEDs. Essencialmente, corrente passando pelo dispositivo cria tais pares, que então mudam para um nível de energia mais baixo e emitem luz visível no processo. Normalmente, os excitons em OLEDs surgem em dois padrões, com os giros sendo iguais ou opostos, e aqueles com os mesmos spins - conhecidos tecnicamente como excitons trigêmeos - são três vezes mais comuns. Contudo, os singlets, que são criados junto com os trigêmeos, requerem mais energia, e embora possam ser convertidos em trigêmeos, ainda significa que o dispositivo como um todo requer energia para criá-los.

No trabalho atual, o grupo encontrou uma maneira de diminuir a voltagem de modo que apenas trigêmeos sejam formados. O trabalho começou com uma pesquisa fundamental para entender a física básica por trás da criação de excitons usando medições eletroluminescentes de molécula única usando um microscópio de tunelamento de varredura (STM) combinado com um sistema de detecção óptica. Eles prepararam um sistema modelo baseado em uma molécula isolada de 3, 4, 9, 10-perilenotetracarboxílico dianidrido (PTCDA), um semicondutor orgânico, adsorvido em um filme isolante ultrafino suportado em metal. Eles usaram uma técnica especial para transmitir uma carga negativa à molécula. Então, eles usaram a corrente de um STM (microscópio de tunelamento de varredura) para induzir a luminescência na molécula, e monitorou que tipo de exciton foi criado com base no espectro de emissão. As medições mostraram que em baixa tensão, apenas trigêmeos foram formados. Cálculos teóricos de Kuniyuki Miwa e Michael Galperin da UC San Diego confirmaram os resultados experimentais e fundamentaram o mecanismo.

"Nós acreditamos, "diz Kensuke Kimura do RIKEN Cluster for Pioneering Research, "que fomos capazes de fazer isso graças a um mecanismo até então desconhecido, onde os elétrons são removidos seletivamente da molécula carregada, dependendo de seu estado de spin. "

"Foi muito emocionante descobrir este novo mecanismo, "diz Yousoo Kim, líder do Laboratório de Ciências de Superfície e Interface no RIKEN CPR, "Acreditamos que essas descobertas podem se tornar um princípio geral de trabalho para novos OLEDs com baixa tensão de operação."