Des complexes exciplex émettant de la lumière peuvent se former sur des distances bien plus grandes qu'on ne le soupçonnait, une équipe dirigée par RIKEN l'a montré. Cette découverte pourrait conduire à des capteurs et photodétecteurs très sensibles.

Un exciplex est un complexe d'états excités formé entre une molécule qui donne des électrons et une qui accepte des électrons. Les exciplexes sont généralement intéressants pour leurs propriétés d'émission de lumière favorables. En particulier, l'état excité peut facilement subir un processus qui améliore l'efficacité des diodes électroluminescentes organiques (OLED).

Les deux molécules doivent généralement être à quelques nanomètres l'une de l'autre pour qu'un exciplex se forme. Cependant, en plaçant le donneur d'électrons et l'accepteur d'électrons de part et d'autre d'une couche d'espacement, Yong-Jin Pu du RIKEN Center for Emergent Matter Science et ses collaborateurs ont créé des exciplexes lorsque le donneur et l'accepteur sont distants de 70 nanomètres.

L'équipe a commencé avec une couche d'espacement de 10 nanomètres d'épaisseur, puis augmenté l'épaisseur par incréments de 10 nanomètres. Remarquablement, l'émission de lumière exciplex était encore observée même lorsque l'épaisseur de l'espaceur atteignait 70 nanomètres.

"Nous avons essayé de créer un nouvel état exciplex unique, dans lequel la molécule donneuse d'électrons et la molécule acceptrice d'électrons sont séparées par une épaisse couche d'espacement, " explique Pu. " La découverte a été une grande surprise - l'entretoise était beaucoup plus épaisse que les entretoises de 10 nanomètres signalées précédemment. L'épaisseur exceptionnelle va bien au-delà des préjugés antérieurs."

L'équipe a utilisé quatre molécules donneuses d'électrons différentes pour démontrer que l'émission de lumière provenait réellement de la formation d'exciplex. "Le type de molécule donneuse doit influencer la longueur d'onde d'émission de l'exciplex, en raison du changement de différence d'énergie entre le donneur et l'accepteur, " explique Pu. Les émissions ont varié comme prévu, confirmant la formation d'exciplexes.

Bien que le mécanisme derrière une telle formation d'exciplex à longue distance ne soit pas encore bien compris, la couche d'espacement joue un rôle important, Pu dit. L'espaceur forme un état exciplex avec la molécule donneuse et aussi avec la molécule acceptrice, suspectent les chercheurs (Fig. 1). "La molécule espaceur se comporte comme un accepteur de la molécule donneuse, et se comporte simultanément en donneur de la molécule acceptrice, " dit Pu. "Nous essayons maintenant de comprendre le mécanisme et la physique cachée de cette formation exciplex à longue distance et de son émission."

L'équipe envisage également des applications possibles de leur découverte surprenante, qui peuvent se trouver en dehors des OLED habituelles. "Nous prévoyons que ce tout nouvel exciplex pourrait conduire à des capteurs ou photodétecteurs très sensibles à un stimulus externe, ", dit Pu.