Radikaler Ansatz für hellere LEDs
Wissenschaftler haben entdeckt, dass halbleitende Moleküle mit ungepaarten Elektronen, die als "Radikale" bezeichnet werden, zur Herstellung sehr effizienter organischer lichtemittierender Dioden (OLEDs) verwendet werden können, indem sie ihre quantenmechanische "Spin"-Eigenschaft nutzen, um Effizienzbegrenzungen für traditionelle, nicht-Radikale Materialien zu überwinden.
LEDs, Symbolbild
PublicDomainPictures; pixabay.com; CC0
Radikale zeichnen sich in der Regel durch ihre hohe chemische Reaktivität und oft schädliche Auswirkungen aus, von der menschlichen Gesundheit bis zur Ozonschicht. Jetzt könnten radikal-basierte OLEDs die Grundlage für Displays und Beleuchtungstechnologien der nächsten Generation bilden.
Das Team der University of Cambridge und der Jilin University beschreibt, wie stabilisierte Radikale elektronische Zustände bilden, die als "Dubletten" bezeichnet werden, da der Spin-Charakter entweder "hoch" oder "runter" ist.
Die Stromzufuhr durch diese radikalbasierten OLEDs führt zur Bildung von hell-doppelt-erregten Zuständen, die tiefrotes Licht mit einem Wirkungsgrad von nahezu 100 % emittieren. Für traditionelle Verbindungen (d.h. Nicht-Radikale ohne ungepaartes Elektron) schreiben quantenmechanische Spin-Erwägungen vor, dass die Ladungsinjektion im OLED-Betrieb 25% helle "Singulett"- und 75% dunkle "Triplett"-Zustände bildet. Radikale stellen eine elegante Lösung für dieses grundlegende Spinproblem dar, das die Forscher seit der Entwicklung von OLEDs aus den 80er Jahren beunruhigt.
Dr. Emrys Evans, ein leitender Co-Autor, der in der Gruppe von Professor Sir Richard Friend am Cavendish Laboratory arbeitet, sagte: "Auf den ersten Blick sollten Radikale in OLEDs nicht wirklich funktionieren, was unsere Ergebnisse so überraschend macht. Die Radikale selbst sind ungewöhnlich emissiv, und sie arbeiten in den OLEDs mit ungewöhnlicher Physik."
Isoliert in einer Wirtsmatrix und mit einem Laser angeregt, haben die Radikale atypisch eine nahezu einheitliche Effizienz bei der Lichtemission. Das hochemissionsfähige Verhalten wurde auf hochemissionsfähige LEDs übertragen, aber mit einer weiteren Wendung: In den Geräten injiziert der elektrische Strom Elektronen in das ungepaarte Elektronenenergie-Niveau des Radikals und zieht Elektronen aus einem tiefer liegenden Niveau und einem weiteren Teil des Moleküls heraus, um helldoppelte angeregte Zustände zu bilden.
In Zukunft könnten effiziente radikalbasierte Dioden auf Blau- und Grünlichtbasis mit weiteren Materialinnovationen auftauchen. Die Forscher arbeiten daran, Radikale jenseits von Lichtanwendungen zu nutzen und erwarten, dass Radikale andere Bereiche der Forschung an organischer Elektronik beeinflussen.
Professor Feng Li von der Jilin University ist Besucher des Cavendish Laboratory und korrespondierender Autor der Arbeit. Sagte er: "Die Zusammenarbeit zwischen den Universitäten und Forschungsgruppen hat wesentlich zum Erfolg dieser Arbeit beigetragen. Ich hoffe, dass wir in Zukunft radikalere Lösungen für die organische Elektronik zeigen können."
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