A l'Institut Paul Scherrer PSI, les chercheurs ont découvert un matériau prometteur pour les diodes électroluminescentes organiques (OLED). La substance permet des rendements lumineux élevés et serait peu coûteuse à produire à grande échelle, ce qui signifie qu'elle est pratiquement conçue pour être utilisée dans l'éclairage de grandes pièces. Les chercheurs recherchent de tels matériaux depuis longtemps. La compréhension nouvellement générée facilitera le développement rapide et rentable de nouveaux appareils d'éclairage à l'avenir. L'étude paraît aujourd'hui dans la revue Communication Nature .

Le composé est un solide jaunâtre. Si vous le dissolvez dans un liquide ou en placez une fine couche sur une électrode puis appliquez un courant électrique, il dégage une lueur verte intense. La raison :les molécules absorbent l'énergie qui leur est fournie et la réémettent progressivement sous forme de lumière. Ce processus est appelé électroluminescence. Les diodes électroluminescentes sont basées sur ce principe.

Cette substance luminescente verte est un candidat chaud pour produire des OLED, diodes électroluminescentes organiques. Depuis environ trois ans maintenant, Des OLED ont été trouvés dans les écrans de smartphones, par exemple. En attendant, les premiers écrans de télévision flexibles avec ces matériaux sont également arrivés sur le marché.

En outre, Les OLED permettent un éclairage de pièce économique avec une grande surface. D'abord, cependant, il faut trouver les matériaux les mieux adaptés à cette application. En effet, de nombreuses substances envisagées pour les OLED contiennent des matériaux coûteux tels que l'iridium, et cela empêche leur application à grande échelle et sur des surfaces étendues. Sans ces additifs, les matériaux ne peuvent en effet émettre qu'une petite partie de l'énergie qui leur est fournie sous forme de lumière; le reste est perdu, par exemple sous forme d'énergie vibratoire.

L'objectif de la recherche actuelle est de trouver des matériaux plus efficaces pour des écrans moins chers et plus respectueux de l'environnement et un éclairage de grande surface. Ici, des métaux bon marché et facilement disponibles tels que le cuivre promettent des progrès.

Sous examen attentif

Les chercheurs ont maintenant effectué un examen plus précis du composé contenant du cuivre CuPCP. Il y a quatre atomes de cuivre au milieu de chaque molécule, entouré d'atomes de carbone et de phosphore. Le cuivre est un métal relativement bon marché, et le composé lui-même peut être facilement produit en grandes quantités, conditions préalables idéales pour une utilisation sur de grandes surfaces étendues.

"Nous voulions comprendre à quoi ressemblait l'état excité du composé, " dit Grigori Smolentsev, un physicien dans le groupe de recherche sur la spectroscopie operando. C'est-à-dire :comment la substance change-t-elle lorsqu'elle absorbe de l'énergie ? Par exemple, la structure de la molécule change-t-elle ? Comment la charge est-elle répartie sur les atomes individuels après excitation ? "Cela révèle à quel point les pertes d'énergie qui ne seront pas libérées comme la lumière sont susceptibles de l'être, " a ajouté Smolentsev, "et cela nous montre comment nous pouvons éventuellement minimiser ces pertes."

En utilisant deux grandes installations de recherche au PSI - la source lumineuse suisse SLS et le laser à rayons X à électrons libres SwissFEL - ainsi que l'installation européenne de rayonnement synchrotron à Grenoble, La France, Smolentsev et ses collaborateurs ont examiné de plus près les états excités de courte durée du composé de cuivre.

Les mesures ont confirmé que la substance est un bon candidat pour les OLED en raison de sa structure chimique. Les propriétés chimiques quantiques du composé permettent d'atteindre un rendement lumineux élevé. Une des raisons à cela est que la molécule est relativement rigide, et sa structure 3-D ne change que légèrement lorsqu'elle est excitée. Les chercheurs peuvent désormais commencer à optimiser davantage cette substance pour une utilisation dans les OLED.

Des outils pour l'avenir

Quoi de plus, les mesures effectuées dans les trois grandes installations de recherche du PSI et de Grenoble n'étaient pas seulement importantes pour l'étude de ce seul composé contenant du cuivre. L'enjeu était plus important :les données expérimentales ainsi obtenues sont également utiles pour améliorer les calculs théoriques concernant les molécules en général. "Donc, à l'avenir, il sera possible de mieux prédire quels composés sont les plus adaptés aux OLED et lesquels moins, " explique Grigory Smolentsev. " Les données de mesure aideront les chimistes à comprendre quelle partie de la molécule fait obstacle à une efficacité élevée. Et bien sûr :comment le composé peut être amélioré pour augmenter son flux lumineux. »