Des chercheurs du Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) de l'Université de Kyushu au Japon ont démontré un moyen de diviser l'énergie dans les diodes électroluminescentes organiques (OLED) et de dépasser la limite de 100 pour cent pour la production d'excitons, ouvrant une nouvelle voie prometteuse pour la création de sources de lumière proche infrarouge à faible coût et à haute intensité pour les applications de détection et de communication.

Les OLED utilisent des couches de molécules organiques contenant du carbone pour convertir les charges électriques en lumière. Dans les OLED normales, une charge positive et une charge négative se réunissent sur une molécule pour former un paquet d'énergie appelé exciton. Un exciton peut libérer son énergie pour créer au plus un photon.

Lorsque toutes les charges forment des excitons qui émettent de la lumière, une efficacité quantique interne maximale de 100 pour cent est atteinte. Cependant, la nouvelle technologie utilise un processus appelé fission singulet pour diviser l'énergie d'un exciton en deux, permettant de dépasser la limite de 100 % d'efficacité de conversion des paires de charges en excitons, également connu sous le nom d'efficacité de production d'excitons

"Mettre tout simplement, nous avons incorporé des molécules qui agissent comme des machines à changer les excitons dans les OLED. Semblable à une machine à monnaie qui convertit un billet de 10 $ en deux billets de 5 $, les molécules convertissent un cher, exciton à haute énergie en deux moitié prix, excitons de basse énergie, " explique Hajime Nakanotani, professeur agrégé à l'Université de Kyushu et co-auteur de l'article décrivant les nouveaux résultats.

Les excitateurs se présentent sous deux formes, maillots et triplés, et les molécules ne peuvent recevoir que des singulets ou des triplets avec certaines énergies. Les chercheurs ont dépassé la limite d'un exciton par paire de charges en utilisant des molécules qui peuvent accepter un exciton triplet avec une énergie qui est la moitié de l'énergie de l'exciton singulet de la molécule.

Dans de telles molécules, le singulet peut transférer la moitié de son énergie à une molécule voisine tout en gardant la moitié de l'énergie pour lui-même, résultant en la création de deux triplés à partir d'un singulet. Ce processus est appelé fission singulet.

Les excitons triplés sont ensuite transférés à un deuxième type de molécule qui utilise l'énergie pour émettre de la lumière proche infrarouge. Dans le travail present, les chercheurs ont pu convertir les paires de charges en 100,8% de triplets, indiquant que 100 pour cent n'est plus la limite. Il s'agit du premier rapport d'une OLED utilisant la fission singulet, bien qu'il ait déjà été observé dans les cellules solaires organiques.

Par ailleurs, les chercheurs pouvaient facilement évaluer l'efficacité de la fission singulet, ce qui est souvent difficile à estimer, basé sur la comparaison de l'émission dans le proche infrarouge et des traces d'émission visible des maillots restants lorsque l'appareil est exposé à divers champs magnétiques.

"La lumière proche infrarouge joue un rôle clé dans les applications biologiques et médicales ainsi que les technologies de communication, " dit Chihaya Adachi, directeur d'OPERA. "Maintenant que nous savons que la fission singulet peut être utilisée dans un OLED, nous avons une nouvelle voie pour potentiellement surmonter le défi de créer un OLED proche infrarouge efficace, qui trouverait une utilisation pratique immédiate.

L'efficacité globale est encore relativement faible dans ces premiers travaux car les émissions dans le proche infrarouge des émetteurs organiques sont traditionnellement inefficaces, et l'efficacité énergétique seront, bien sûr, toujours être limité à un maximum de 100 pour cent. Néanmoins, cette nouvelle méthode offre un moyen d'augmenter l'efficacité et l'intensité sans changer la molécule émettrice, et les chercheurs cherchent également à améliorer les molécules émettrices elles-mêmes.

Avec d'autres améliorations, les chercheurs espèrent obtenir une efficacité de production d'excitons jusqu'à 125 %, ce qui serait la prochaine limite puisque le fonctionnement électrique conduit naturellement à 25 pour cent de singulets et 75 pour cent de triplets. Après ça, ils envisagent des idées pour convertir des triplets en singulets et atteindre éventuellement une efficacité quantique de 200 %.