Moderne op silicium gebaseerde geïntegreerde schakelingen (IC's) hebben de praktische grenzen van miniaturisatie bereikt, terwijl het gebruik van organische stoffen mogelijk de creatie van microchip-elementen zo groot als een enkel molecuul mogelijk kan maken. Wetenschappers van de Russische National Research Nuclear University MEPhI (MEPhI) voeren actief studies op dit gebied uit. Ze hebben onlangs de resultaten gepubliceerd van hun modelleringsveranderingen in geagiteerde moleculen van organische halfgeleiders in de Journal of Physical Chemistry .

Er zijn verschillende redenen waarom organische elektronica als een veelbelovend veld wordt beschouwd. De grondstoffen voor hen zijn gemakkelijk toegankelijk en het gebruik van organische materialen maakt het mogelijk IC-elementen van moleculair formaat te maken, waardoor ze dichter bij de interne structuren van levende organismen komen.

Een van die veelbelovende mogelijkheden is het ontwerp van gerichte organische moleculaire en functionele materialen. Direct, Russische onderzoekers vatten de wereldwijde ervaring op deze gebieden samen en voeren voorspellende modellen uit.

"Onze groep voert voorspellende modellering uit voor organische elektronische materialen, specifiek voor organische lichtemitterende diodes (OLED; gebruikt in lichtgewicht hoogwaardige displays die kunnen buigen). De OLED straalt licht uit, wanneer elektronen die van een kathode komen, (elektronen)gaten ontmoeten die uit anodes komen en recombinatie aangaan. De staat, wanneer een elektron en een gat aan elkaar zijn bevestigd maar niet recombineren, een exciton genoemd, kan relatief lang duren, en is vaak gelokaliseerd binnen een enkel molecuul, " zei Alexandra Freidzon, assistent aan de National Research Nuclear University MEPhI en wetenschapper aan het Photochemistry Centre van het Federaal Wetenschappelijk Onderzoekscentrum.

Volgens Freidzon, de migratie van het quasideeltje van een exciton naar naburige moleculen maakt het mogelijk de kleur en de effectiviteit van de lichtemissie van OLED's gemakkelijk te regelen. Daartoe kan een lichtemitterende laag worden geplaatst tussen n- en p-type lagen van organische halfgeleiders, die respectievelijk elektronen en gaten dragen, met deze quasideeltjes "ontmoeten" in de middelste laag, recombinatie aangaan en aan elkaar gehecht blijven.

"We hebben onderzocht hoe excitonen zich gedragen in een molecuul van een typische halfgeleider met gaten, die ook wordt gebruikt als matrix voor de emitterende laag, en het bleek dat excitonen zich niet op het hele molecuul bevinden, maar op bepaalde delen ervan en kan daartussen migreren. Excitons kunnen het doen onder invloed van kleine verstoringen, zoals die veroorzaakt door de aanwezigheid van een ander molecuul, ' voegde Freidzon toe.

De onderzoekers van MEPhI hebben het mechanisme en de snelheid van de migratie van excitonen van het ene uiteinde van het molecuul naar het andere bestudeerd en ontdekten dat de migratie maar op één manier erg snel gaat en kan worden bevorderd door bepaalde intramoleculaire fluctuaties.

De auteurs van de onderzoeksstudie zijn van mening dat het nu mogelijk is om te bestuderen hoe de aanwezigheid van naburige moleculen dit proces beïnvloedt en stellen de wijziging voor van het exciton-dragende molecuul om het proces van het overbrengen van agitatie-energie naar het emitterende molecuul efficiënter te maken. Dergelijk werk vormt de kern van het virtueel ontwerpen van functionele materialen - wetenschappers selecteren de belangrijkste functies van het materiaal en bouwen vervolgens een model, beschrijft het proces van zijn functie. Dit stelt hen in staat de belangrijkste factoren te bepalen die van invloed zijn op de effectiviteit van de processen en zo nodig wijzigingen aan bepaalde functionele materialen voor te stellen.

De wetenschappers van MEPhI benadrukken dat ze het migratieproces van excitonen binnen het molecuul in organische halfgeleiders pas beginnen te begrijpen. maar zal binnenkort suggesties kunnen doen voor het wijzigen van de moleculen die worden gebruikt in de emitterende lagen van OLED-schermen.