Les scientifiques ont découvert que les molécules semi-conductrices avec des électrons non appariés, appelés « radicaux » peuvent être utilisés pour fabriquer des diodes électroluminescentes organiques (OLED) très efficaces, exploitant leur propriété de « spin » mécanique quantique pour surmonter les limitations d'efficacité pour les méthodes traditionnelles, matériaux non radicaux.

Les radicaux sont généralement connus pour leur grande réactivité chimique et leurs effets souvent néfastes, de la santé humaine à la couche d'ozone. Désormais, les OLED à base radicale pourraient constituer la base des écrans et des technologies d'éclairage de nouvelle génération.

Écrire dans La nature , l'équipe de l'Université de Cambridge et de l'Université de Jilin décrit comment les radicaux stabilisés forment des états électroniques connus sous le nom de « doublets », du fait que le caractère de rotation est soit « vers le haut » soit « vers le bas ».

Le passage de l'électricité à travers ces OLED à base de radicaux conduit à la formation d'états excités à doublet brillant qui émettent une lumière rouge foncé avec une efficacité proche de 100 %. Pour les composés traditionnels (c'est-à-dire les non-radicaux sans électron non apparié), Les considérations de spin de la mécanique quantique dictent que l'injection de charge forme 25 % d'états « singulet » lumineux et 75 % d'états « triplet » sombre en fonctionnement OLED. Les radicaux posent une solution élégante à ce problème de spin fondamental qui inquiète les chercheurs depuis le développement des OLED à partir des années 1980.

Dr Emrys Evans, un co-auteur principal qui travaille dans le groupe du professeur Sir Richard Friend au Laboratoire Cavendish, a dit "À première vue, les radicaux dans les OLED ne devraient pas vraiment fonctionner, ce qui rend nos résultats si surprenants. Les radicaux eux-mêmes sont exceptionnellement émissifs, et ils fonctionnent dans les OLED avec une physique inhabituelle."

Lorsqu'il est isolé dans une matrice hôte et excité avec un laser, les radicaux, atypique, ont une efficacité proche de l'unité pour l'émission lumineuse. Le comportement hautement émissif s'est traduit par des LED hautement émissives, mais avec une autre torsion :dans les appareils, le courant électrique injecte des électrons dans le niveau d'énergie électronique non apparié du radical, et tire les électrons d'un niveau inférieur, et une autre partie de la molécule, pour former des états excités à doublet brillant.

Dans le futur, des diodes efficaces à base de radicaux de lumière bleue et verte pourraient apparaître avec d'autres innovations en matière de matériaux. Les chercheurs travaillent sur l'exploitation des radicaux au-delà des applications d'éclairage, et s'attendent à ce que les radicaux aient un impact sur d'autres branches de la recherche en électronique organique.

Le professeur Feng Li de l'Université de Jilin est un visiteur du Laboratoire Cavendish et auteur correspondant de l'ouvrage. Il a déclaré :« La collaboration entre les universités et les groupes de recherche a été déterminante pour le succès de ce travail. À l'avenir, J'espère que nous pourrons démontrer des solutions plus radicales pour l'électronique organique."