Wetenschappers van RIKEN en de University of California San Diego, hebben in samenwerking met internationale partners een manier gevonden om de hoeveelheid energie die nodig is voor organische lichtemitterende diodes (OLED's) aanzienlijk te verminderen. OLED's hebben de aandacht getrokken als mogelijke vervangingen voor vloeibaar-kristaldiodes, omdat ze voordelen bieden zoals flexibiliteit, dun, en geen achtergrondverlichting nodig.

De groep bereikte de voorsprong, gepubliceerd in Natuur , door een nieuwe manier te ontwikkelen om de "excitons" - elektronenparen en gaten - te manipuleren die essentieel zijn voor het transport van elektronen in OLED's. Eigenlijk, stroom die door het apparaat gaat, creëert zulke paren, die vervolgens naar een lager energieniveau gaan en daarbij zichtbaar licht uitstralen. Normaal gesproken, de excitonen in OLED's ontstaan ​​in twee patronen, waarbij de spins gelijk of tegengesteld zijn, en degenen met dezelfde spins - technisch bekend als triplet-excitons - komen drie keer vaker voor. Echter, de hemdjes, die samen met de drieling worden gemaakt, meer energie nodig hebben, en hoewel ze kunnen worden omgezet in drielingen, betekent dit nog steeds dat het apparaat als geheel de energie nodig heeft om ze in de eerste plaats te maken.

In het huidige werk de groep vond een manier om de spanning te verlagen, zodat alleen drielingen worden gevormd. Het werk begon met fundamenteel onderzoek om de basisfysica achter het creëren van excitonen te begrijpen met behulp van nauwkeurige elektroluminescentiemetingen van één molecuul met behulp van een scanning tunneling microscope (STM) in combinatie met een optisch detectiesysteem. Ze maakten een modelsysteem op basis van een geïsoleerd molecuul van 3, 4, 9, 10-peryleentetracarboxylicdianhydride (PTCDA), een organische halfgeleider, geadsorbeerd op een op metaal ondersteunde ultradunne isolerende film. Ze gebruikten een speciale techniek om het molecuul een negatieve lading te geven. Vervolgens, ze gebruikten de stroom van een STM (scanning tunneling microscope) om luminescentie in het molecuul te induceren, en gecontroleerd welk type exciton werd gecreëerd op basis van het emissiespectrum. De metingen toonden aan dat bij lage spanning, alleen drielingen werden gevormd. Theoretische berekeningen door Kuniyuki Miwa en Michael Galperin van UC San Diego bevestigden de experimentele resultaten en staafden het mechanisme.

"We geloven, ", zegt Kensuke Kimura van het RIKEN Cluster for Pioneering Research, "dat we dit konden doen dankzij een voorheen onbekend mechanisme, waar elektronen selectief worden verwijderd uit het geladen molecuul, afhankelijk van hun spintoestand."

"Het was erg spannend om dit nieuwe mechanisme te ontdekken, " zegt Yousoo Kim, leider van het Surface and Interface Science Laboratory in de RIKEN CPR, "Wij zijn van mening dat deze bevindingen een algemeen werkingsprincipe kunnen worden voor nieuwe OLED's met een lage bedrijfsspanning."