18:24 28 Novembre 2020
Scienza e tech
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I diodi organici diverranno migliori e più economici grazie a un metodo unico di progettazione sviluppato da scienziati dell'Università Nazionale di Ricerca Nucleare di Mosca "MEPhI". Secondo gli autori, questa tecnologia basata sulla chimica quantistica ridurrà significativamente i tempi per creare e commercializzare i nuovi dispositivi OLED.

I risultati di questo studio sono pubblicati su The Journal of Physical Chemistry.

I diodi organici a emissione di luce (OLED) sono un'area promettente della nanoelettronica a semiconduttore che fornisce sorgenti luminose compatte, economiche e altamente efficienti relativamente ai pixel di visualizzazione.

Secondo gli scienziati della MEPhI, il metodo di selezione delle molecole emittenti, create da loro sulla base di calcoli chimici quantistici, accelererà notevolmente e faciliterà la creazione di vari OLED di terza generazione, trasferendo questo lavoro nel campo della modellazione computerizzata.

“Abbiamo ridefinito i principi dell'emettitore molecolare analizzando la molecola del bis-carbazolilftalonitrile (2CzPN), l'attuale campione di efficienza. Dopo aver studiato i processi multidirezionali caratteristici di questa molecola e di altri semiconduttori organici, abbiamo identificato le caratteristiche chiave della loro struttura che contribuiscono alla luminescenza efficace", ha spiegato Alexandra Freidzon, assistente professore presso il Dipartimento di Fisica della Materia Condensata della MEPhI.

L'emissione di luce in OLED si verifica a causa del fenomeno della ricombinazione, cioè la collisione di portatori di cariche opposte - elettroni e cosiddette ‘lacune elettroniche’, ovvero quelle ‘quasiparticelle’ schematizzabili come la mancanza di un elettrone all'interno di un semiconduttore, e che contribuiscono al passaggio di corrente.

L'efficienza quantistica dell'OLED di prima generazione non ha superato il 25 percento, mentre nella terza generazione, su cui gli scienziati stanno lavorando ora, è già possibile utilizzare il 100 percento delle coppie elettrone-lacuna. Ciò è diventato possibile grazie all'uso di uno dei processi intramolecolari: la fluorescenza ritardata attivata termicamente (TADF).

In precedenza, si credeva che un emettitore TADF efficace fosse costituito da due parti, la cui interazione dovrebbe essere minima. Tuttavia, gli scienziati della MEPhI, hanno stabilito che esiste una serie di proprietà che un materiale deve avere affinché le radiazioni in esso contenute possano competere efficacemente con i processi non radiativi.

“Solo noi siamo stati in grado di applicare il metodo chimico quantistico, che fornisce un'elevata precisione nella posizione dei livelli di energia della molecola. Questo è di fondamentale importanza nella teoria TADF, poiché gli errori nella posizione dei livelli cambiano qualitativamente l'intero quadro. Inoltre, siamo stati in grado di riunire tutti i processi che portano al TADF e competere con esso, e valutare le loro velocità all'interno di un unico modello, senza ulteriori approssimazioni", ha detto Alexandra Freidzon.

Lo screening computerizzato dei materiali con chiari criteri di selezione aiuterà a ridurre drasticamente la quantità di lavoro sperimentale e ad accelerare la scoperta e l'ingresso sul mercato di nuovi efficienti emettitori OLED di terza generazione, hanno spiegato gli scienziati della MEPhI.

Il metodo chimico quantistico utilizzato richiede calcoli complessi, ma, come hanno riportato gli autori del lavoro, i dati ottenuti consentiranno anche di calibrare e migliorare la qualità di metodi più semplici ed economici per lo studio dei semiconduttori organici.

Questo lavoro è stato svolto in collaborazione con il Centro di fotochimica dell'Accademia delle scienze russa nell'ambito della sovvenzione n. 19-13-00383 della Russian Science Foundation. Attualmente, il team di ricerca sta sviluppando elementi di intelligenza artificiale che aiuteranno nell'elaborazione di set di dati per uno screening più efficiente.

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