Urenheder øger polymer LED-effektiviteten

Molekylær dynamik simuleringer har vist, at den mystiske høje effektivitet af polymer LED'er opstår fra interaktioner mellem triplet excitoner i deres polymerkæder, og uparrede elektroner i deres molekylære urenheder.

Polymer LED'er (PLED'er) er enheder, der indeholder enkeltlag af selvlysende polymerer, klemt mellem to metalelektroder. De producerer lys, når metallagene injicerer elektroner og huller i polymeren, skabe forvrængninger, som kan kombineres for at danne to forskellige typer elektron-hul-par:enten lysemitterende singletter, eller en ikke-emitterende trilling. Tidligere teorier har foreslået, at forholdet mellem disse to typer skal være omkring 1:3, hvilket ville give en lysemissionseffektivitet på 25 %. Imidlertid, efterfølgende forsøg viste, at den reelle værdi kan være så høj som 83%. I ny forskning offentliggjort i EPJ B, fysikere i Kina, ledet af Yadong Wang ved Hebei North University, fandt ud af, at denne højere end forventet effektivitet kan nås gennem interaktioner mellem triplet-excitoner, og urenheder indlejret i polymeren.

På grund af deres videnskabelige og kommercielle værdi, PLED'er bliver et stadig mere populært forskningsfelt. Opdagelserne fra Wangs team kan nu føre til mere udbredte anvendelser af enhederne i fremtiden. Inden for PLED-polymerlag, excitoner er kendt for at blive produceret gennem rekombination af polaroner - forvrængninger i elektriske ladninger, som dannes og forsvinder, når elektroner bevæger sig gennem faste materialer. Imidlertid, andre mekanismer skal også involveres for at forklare, hvorfor deres luminescenseffektivitet er så meget højere end tidligere forudsagte teorier. Et forslag tyder på, at deres elektriske og optiske egenskaber af PLED'er er stærkt påvirket af uparrede elektroner fanget i molekylære urenheder.

Wang og kolleger udforskede denne idé gennem simuleringer af molekylær dynamik, hvilket gjorde det muligt for dem at genskabe kollisioner mellem en ikke-emitterende triplet exciton i en polymerkæde, og en uparret urenhedselektron. Deres beregninger afslørede, at lysemitterende singlet-excitoner er blandt hovedprodukterne af denne reaktion; hvor deres samlede andel varierer med størrelsen af ​​urenheden, og dens grad af kobling med polymerkæden. For første gang, resultatet giver afgørende bevis på, at urenheder kan øge effektiviteten af ​​PLED'er markant, og giver nye spor om de involverede molekylære mekanismer.