Этот новый способ управлять электрическими свойствами, немного изменяя толщину устройства вместо материалов мог привести к новым видам органических электронных устройств с переключающимся поведением или световым излучением, которое реагирует на внешние факторы.Органические электронные устройства, такие как OLEDs и органические солнечные батареи используют тонкие пленки органических молекул для электрически активных материалов, делая гибкие и недорогие устройства возможными.Ключевым фактором, определяющим свойства органических устройств, является поведение пакетов электроэнергии, названной экситонами.
Экситон состоит из отрицательного электрона, привлеченного к положительному отверстию, которое может считаться недостающим электроном.В OLEDs энергия в этих экситонах выпущена как свет, когда электрон теряет энергию и заполняет вакансию отверстия. Изменение экситонной энергии, например, изменит цвет эмиссии.Однако экситоны обычно локализуются на единственной органической молекуле и плотно связываются с энергиями связи приблизительно 0,5 эВ.
Таким образом совершенно новые молекулы должны обычно разрабатываться и синтезироваться, чтобы получить различные свойства из этих экситонов Frenkel-типа, таких как красная, зеленая, или синяя эмиссия для показов.Исследователи в Центре Университета Кюсю Органического Исследования Фотоники и Электроники (OPERA), вместо этого сосредоточенный на другом типе экситона, назвали exciplex, который сформирован отверстием и электроном, расположенным на двух различных молекулах вместо той же самой молекулы.
Управляя молекулярным расстоянием между жертвующей электрон молекулой (даритель) и принимающей электрон молекулой (получатель), которые несут отверстие и электрон exciplex, соответственно, исследователи могли изменить свойства этих слабо связанных экситонов.«Что мы сделали подобно помещающим листкам бумаги между магнитом и холодильником», сказал Адъюнкт-профессор Хэджайм Нэкэнотэни, ведущий автор статьи, сообщив, что эти результаты издали онлайн 26 февраля 2016 в журнале Science Advances.«Увеличивая толщину чрезвычайно тонкого слоя органических молекул, вставленных как распорная деталь между дарителем и получателем, мы могли уменьшить привлекательность между отверстием и электроном в exciplex и таким образом значительно влиять на энергию exciplex, целую жизнь, и цвет эмиссии и эффективность».Действительно, изменения могут быть большими: вставляя слой распорной детали с толщиной только 5 нм между слоем дарителя и акцепторным слоем в OLED, цвет эмиссии, перемещенный от оранжевого до желтовато-зеленого и эффективности светового излучения, увеличился на 700%.
Для этого, чтобы работать, у органической молекулы, используемой для слоя распорной детали, должна быть энергия возбуждения выше, чем те из дарителя и получателя, но такие материалы уже широко доступны.В то время как молекулярное расстояние в настоящее время определяется толщиной депонированного вакуумом слоя распорной детали, исследователи теперь изучают другие способы контролировать расстояние.
«Это дает нам сильный способ значительно изменить свойства устройства, не перепроектируя или изменяя любой из материалов», сказала профессор Чихая Адачи, директор OPERA. «В будущем мы предполагаем новые типы основанных на экситоне устройств, которые отвечают внешним силам как давление, чтобы контролировать расстояние и электрическое поведение».Кроме того, исследователи нашли, что exciplexes были все еще сформированы, когда распорная деталь была 10 нм толщиной, который длинен в молекулярном масштабе.«Это – некоторые первые доказательства, что электроны и отверстия могли все еще взаимодействовать как это через такое большое расстояние», прокомментировал профессор Адэчи, «таким образом, эта структура может также быть полезным инструментом для изучения и понимания физики экситонов, чтобы проектировать лучше OLEDs и органические солнечные батареи в будущем».«И с научных точек зрения и с прикладных точек зрения, мы счастливы видеть, где этот новый путь для экситонной разработки берет нас и надежду установить новую категорию основанной на экситоне электроники».
Это исследование продолжается в соответствии с Молекулярным Экситонным Техническим Проектом Adachi, финансируемым Исследовательским Исследованием для Передовой технологии (ЭРАТО) программа Службы Науки и техники Японии (JST).