Lichtgevende exciplexcomplexen kunnen zich vormen over veel grotere afstanden dan ooit vermoed, een door RIKEN geleid team heeft laten zien. Deze ontdekking zou kunnen leiden tot zeer gevoelige sensoren en fotodetectoren.

Een exciplex is een aangeslagen toestand complex gevormd tussen een molecuul dat elektronen afstaat en een molecuul dat elektronen accepteert. Exciplexen zijn over het algemeen interessant vanwege hun gunstige lichtuitzendende eigenschappen. Vooral, de aangeslagen toestand kan gemakkelijk een proces ondergaan dat de efficiëntie van organische lichtemitterende diodes (OLED's) verbetert.

De twee moleculen moeten zich meestal binnen enkele nanometers van elkaar bevinden om een ​​exciplex te vormen. Echter, door de elektronendonor en elektronenacceptor aan weerszijden van een afstandslaag te plaatsen, Yong-Jin Pu van het RIKEN Center for Emergent Matter Science en zijn medewerkers hebben exciplexen gemaakt wanneer de donor en acceptor tot 70 nanometer van elkaar verwijderd zijn.

Het team begon met een afstandslaag van 10 nanometer dik, en vergrootte vervolgens de dikte in stappen van 10 nanometer. Opmerkelijk, Exciplex lichtemissie werd nog steeds gezien, zelfs toen de dikte van de spacer 70 nanometer bereikte.

"We hebben geprobeerd een nieuwe en unieke exciplex-staat te creëren, waarin het elektronendonormolecuul en het elektronenacceptormolecuul worden gescheiden door een dikke afstandslaag, Pu legt uit. "De ontdekking was een grote verrassing:de spacer was veel dikker dan de eerder gemelde spacers van 10 nanometer. De uitzonderlijke dikte gaat veel verder dan eerdere vooroordelen."

Het team gebruikte vier verschillende elektronendonormoleculen om aan te tonen dat de lichtemissie echt afkomstig was van exciplex-vorming. "Het type donormolecuul moet de emissiegolflengte van de exciplex beïnvloeden, door de verandering van het energieverschil tussen de donor en acceptor, " legt Pu uit. De uitstoot varieerde zoals verwacht, bevestiging van de vorming van exciplexen.

Hoewel het mechanisme achter dergelijke exciplexvorming over lange afstand nog niet goed wordt begrepen, de afstandslaag speelt een belangrijke rol, zegt Pu. De spacer vormt een exciplextoestand met het donormolecuul en ook met het acceptormolecuul, vermoeden de onderzoekers (Fig. 1). "Het spacermolecuul gedraagt ​​zich als een acceptor voor het donormolecuul, en gedraagt ​​zich tegelijkertijd als donor voor het acceptormolecuul, " zegt Pu. "We proberen nu het mechanisme en de verborgen fysica van deze lange afstand exciplex-formatie en de emissie ervan te begrijpen."

Het team overweegt ook mogelijke toepassingen van hun verrassende ontdekking, die buiten de gebruikelijke OLED's kunnen liggen. "We verwachten dat dit totaal nieuwe exciplex kan leiden tot zeer gevoelige sensoren of fotodetectoren voor externe prikkels, ' zegt Pu.