Les circuits intégrés (CI) à base de silicium modernes ont atteint les limites pratiques de la miniaturisation, tandis que l'utilisation de produits organiques peut potentiellement permettre la création d'éléments de micropuce aussi gros qu'une seule molécule. Des scientifiques de l'Université nationale de recherche nucléaire russe MEPhI (MEPhI) mènent activement des études dans ce domaine. Ils ont récemment publié les résultats de leur modélisation des changements dans les molécules agitées de semi-conducteurs organiques dans le Journal de chimie physique .

Il y a plusieurs raisons pour lesquelles l'électronique organique est considérée comme un domaine prometteur. Les matières premières pour eux sont facilement accessibles et l'utilisation de matériaux organiques permet de fabriquer des éléments IC de taille moléculaire, les rapprochant ainsi des structures internes des organismes vivants.

L'une de ces possibilités prometteuses est la conception de matériaux moléculaires et fonctionnels organiques dirigés. À l'heure actuelle, Des chercheurs russes résument l'expérience mondiale dans ces domaines et mènent une modélisation prédictive.

« Notre groupe mène une modélisation prédictive des matériaux électroniques organiques, spécifiquement pour les diodes électroluminescentes organiques (OLED ; utilisé dans les écrans légers de haute qualité capables de se plier). L'OLED émet de la lumière, lorsque des électrons provenant d'une cathode rencontrent des trous (d'électrons) provenant d'anodes et s'engagent dans une recombinaison. L'état, lorsqu'un électron et un trou sont liés l'un à l'autre mais ne se recombinent pas, appelé un exciton, peut durer relativement longtemps, et est souvent localisée au sein d'une seule molécule, " a déclaré Alexandra Freidzon, assistant à l'Université Nationale de Recherche Nucléaire MEPhI et chercheur au Centre de Photochimie du Centre Fédéral de Recherche Scientifique.

Selon Freidzon, la migration d'une quasiparticule d'exciton vers des molécules voisines permet de contrôler facilement la couleur et l'efficacité de l'émission lumineuse des OLED. A cet effet, une couche émettrice de lumière peut être placée entre les couches de type n et p de semi-conducteurs organiques, transportant respectivement des électrons et des trous, avec ces quasi-particules "se rencontrant" dans la couche intermédiaire, s'engager dans la recombinaison et rester attachés les uns aux autres.

"Nous avons étudié le comportement des excitons dans une molécule d'un semi-conducteur à trous typique, qui sert également de matrice pour la couche émissive, et il s'est avéré que les excitons ne se localisent pas sur la molécule entière, mais sur certaines parties de celui-ci et peut migrer entre eux. Les excitons peuvent le faire sous l'influence de petites perturbations, comme celles causées par la présence d'une autre molécule, " ajouta Freidzon.

Les chercheurs du MEPhI ont étudié le mécanisme et la vitesse de migration des excitons d'un bout à l'autre de la molécule et ont découvert que la migration ne va très vite que dans un sens et qu'elle peut être favorisée par certaines fluctuations intramoléculaires.

Les auteurs de l'étude pensent qu'il est désormais possible d'étudier comment la présence de molécules voisines affecte ce processus et suggèrent la modification de la molécule porteuse d'excitons afin de rendre plus efficace le processus de transfert d'énergie d'agitation vers la molécule émissive. Un tel travail est au cœur de la conception virtuelle de matériaux fonctionnels - les scientifiques distinguent les fonctions clés du matériau, puis construisent un modèle, décrivant le processus de sa fonction. Cela leur permet de déterminer les principaux facteurs affectant l'efficacité des procédés et ainsi de suggérer des modifications à certains matériaux fonctionnels si nécessaire.

Les scientifiques du MEPhI soulignent qu'ils commencent seulement à comprendre le processus de migration des excitons au sein de la molécule dans les semi-conducteurs organiques, mais sera bientôt en mesure de présenter des suggestions sur la modification des molécules utilisées dans les couches émissives des écrans OLED.