Moleculaire dynamische simulaties hebben aangetoond dat de mysterieus hoge efficiëntie van polymeer-LED's voortkomt uit interacties tussen triplet-excitonen in hun polymeerketens, en ongepaarde elektronen in hun moleculaire onzuiverheden.

Polymeer-LED's (PLED's) zijn apparaten die enkele lagen luminescente polymeren bevatten, ingeklemd tussen twee metalen elektroden. Ze produceren licht omdat de metaallagen elektronen en gaten in het polymeer injecteren, het creëren van vervormingen die kunnen worden gecombineerd om twee verschillende soorten elektron-gat-paar te vormen:ofwel lichtemitterende singlets, of een niet-emitterende drieling. Eerdere theorieën hebben gesuggereerd dat de verhouding tussen deze twee typen ongeveer 1:3 zou moeten zijn, wat een lichtemissie-efficiëntie van 25% zou opleveren. Echter, latere experimenten toonden aan dat de werkelijke waarde zo hoog kan zijn als 83%. In nieuw onderzoek gepubliceerd in EPJ B, natuurkundigen in China, geleid door Yadong Wang aan de Hebei North University, ontdekte dat deze hoger dan verwachte efficiëntie kan worden bereikt door interacties tussen triplet-excitonen, en onzuiverheden ingebed in het polymeer.

Vanwege hun wetenschappelijke en commerciële waarde, PLED's worden een steeds populairder onderzoeksgebied. De ontdekkingen van Wang's team kunnen nu leiden tot meer wijdverbreide toepassingen van de apparaten in de toekomst. Binnen PLED-polymeerlagen, Van excitonen is bekend dat ze worden geproduceerd door de recombinatie van polaronen - vervormingen in elektrische ladingen die zich vormen en verdwijnen als elektronen door vaste materialen bewegen. Echter, er moeten ook andere mechanismen bij betrokken zijn om te verklaren waarom hun luminescentie-efficiëntie zo veel hoger is dan eerdere theorieën voorspelden. Eén voorstel suggereert dat hun elektrische en optische eigenschappen van PLED's sterk worden beïnvloed door ongepaarde elektronen die gevangen zitten in moleculaire onzuiverheden.

Wang en collega's hebben dit idee onderzocht door middel van moleculaire dynamica-simulaties, waardoor ze botsingen konden nabootsen tussen een niet-emitterend triplet-exciton in een polymeerketen, en een ongepaard onzuiverheidselektron. Uit hun berekeningen bleek dat lichtemitterende singlet-excitonen tot de belangrijkste producten van deze reactie behoren; waarbij hun totale aandeel varieert met de grootte van de onzuiverheid, en de mate van koppeling met de polymeerketen. Voor de eerste keer, het resultaat biedt overtuigend bewijs dat onzuiverheden de efficiëntie van PLED's aanzienlijk kunnen verhogen, en biedt nieuwe aanwijzingen over de betrokken moleculaire mechanismen.