Wetenschappers hebben ontdekt dat halfgeleidende moleculen met ongepaarde elektronen, zogenaamde 'radicalen' kunnen worden gebruikt om zeer efficiënte organische lichtgevende diodes (OLED's) te fabriceren, gebruikmakend van hun kwantummechanische 'spin'-eigenschap om efficiëntiebeperkingen voor traditionele, niet-radicale materialen.

Radicalen staan ​​meestal bekend om hun hoge chemische reactiviteit en vaak schadelijke effecten, van de menselijke gezondheid tot de ozonlaag. Nu zouden op radicale gebaseerde OLED's de basis kunnen vormen voor displays en verlichtingstechnologieën van de volgende generatie.

Inschrijven Natuur , het team van de Universiteit van Cambridge en Jilin University beschrijft hoe gestabiliseerde radicalen elektronische toestanden vormen die bekend staan ​​als 'dubbeltjes', omdat het spinteken ofwel 'omhoog' of 'omlaag' is.

Het laten lopen van elektriciteit door deze op radicalen gebaseerde OLED's leidt tot de vorming van heldere dubbele aangeslagen toestanden die dieprood licht uitstralen met een efficiëntie van bijna 100%. Voor traditionele verbindingen (d.w.z. niet-radicalen zonder een ongepaard elektron), kwantummechanische spin-overwegingen dicteren dat ladingsinjectie 25% heldere 'singlet' en 75% donkere 'triplet'-toestanden vormt in OLED-werking. Radicalen vormen een elegante oplossing voor dit fundamentele spin-probleem dat onderzoekers al sinds de ontwikkeling van OLED's in de jaren '80 bezighoudt.

Dr. Emrys Evans, een hoofdco-auteur die werkt in de groep van professor Sir Richard Friend in het Cavendish Laboratory, zei:"Op het eerste gezicht, radicalen in OLED's zouden niet echt moeten werken, wat onze resultaten zo verrassend maakt. De radicalen zelf zijn ongewoon emissief, en ze werken in de OLED's met ongebruikelijke fysica."

Wanneer geïsoleerd in een gastheermatrix en geëxciteerd met een laser, de radicalen, atypisch, hebben een efficiëntie van bijna één voor lichtemissie. Het zeer emitterende gedrag werd vertaald naar zeer emitterende LED's, maar met een andere draai:in de apparaten, de elektrische stroom injecteert elektronen in het ongepaarde elektronenenergieniveau van de radicaal, en trekt elektronen uit een lager gelegen niveau, en een ander deel van het molecuul, heldere dubbele aangeslagen toestanden vormen.

In de toekomst, efficiënte blauw- en groenlicht-radicaal-gebaseerde diodes zouden kunnen verschijnen met verdere materiaalinnovatie. De onderzoekers werken aan het exploiteren van radicalen buiten verlichtingstoepassingen, en verwachten dat radicalen invloed zullen hebben op andere takken van onderzoek naar organische elektronica.

Professor Feng Li van Jilin University is een bezoeker van het Cavendish Laboratory en corresponderende auteur voor het werk. Hij zei:"De samenwerking tussen de universiteiten en onderzoeksgroepen is essentieel geweest voor het succes van dit werk. In de toekomst zal Ik hoop dat we radicalere oplossingen voor organische elektronica kunnen demonstreren."