Des scientifiques de RIKEN et de l'Université de Californie à San Diego, en collaboration avec des partenaires internationaux ont trouvé un moyen de réduire considérablement la quantité d'énergie requise par les diodes électroluminescentes organiques (OLED). Les OLED ont attiré l'attention en tant que remplaçants potentiels des diodes à cristaux liquides, car ils offrent des avantages tels que la flexibilité, mince, et ne nécessitant pas de rétroéclairage.

Le groupe a réalisé l'avance, Publié dans La nature , en développant une nouvelle façon de manipuler les « excitons » (paires d'électrons et de trous) qui sont essentiels au transport des électrons dans les OLED. Essentiellement, le courant traversant l'appareil crée de telles paires, qui passent ensuite à un niveau d'énergie inférieur et émettent de la lumière visible dans le processus. Normalement, les excitons dans les OLED se présentent sous deux formes, les rotations étant soit identiques, soit opposées, et ceux avec les mêmes spins - connus techniquement sous le nom d'excitons triplés - sont trois fois plus courants. Cependant, les maillots, qui sont créés avec les triplés, nécessitent plus d'énergie, et bien qu'ils puissent être convertis en triplets, cela signifie toujours que l'appareil dans son ensemble nécessite l'énergie nécessaire pour les créer en premier lieu.

Dans les travaux en cours, le groupe a trouvé un moyen d'abaisser la tension afin que seuls des triplets soient formés. Le travail a commencé par une recherche fondamentale pour comprendre la physique de base derrière la création d'excitons à l'aide de mesures précises d'électroluminescence à molécule unique à l'aide d'un microscope à effet tunnel (STM) combiné à un système de détection optique. Ils ont préparé un système modèle basé sur une molécule isolée de 3, 4, 9, 10-pérylènetétracarboxyliquedianhydride (PTCDA), un semi-conducteur organique, adsorbé sur un film isolant ultrafin à support métallique. Ils ont utilisé une technique spéciale pour conférer une charge négative à la molécule. Puis, ils ont utilisé le courant d'un STM (microscope à effet tunnel) pour induire une luminescence dans la molécule, et surveillé quel type d'exciton a été créé sur la base du spectre d'émission. Les mesures ont montré qu'à basse tension, seuls des triplés se sont formés. Les calculs théoriques de Kuniyuki Miwa et Michael Galperin à l'UC San Diego ont confirmé les résultats expérimentaux et étayé le mécanisme.

"Nous croyons, " déclare Kensuke Kimura du RIKEN Cluster for Pioneering Research, "que nous avons pu le faire grâce à un mécanisme jusqu'alors inconnu, où les électrons sont sélectivement retirés de la molécule chargée en fonction de leur état de spin."

"C'était très excitant de découvrir ce nouveau mécanisme, " dit Yousoo Kim, chef du laboratoire de science des surfaces et des interfaces du RIKEN CPR, "Nous pensons que ces découvertes pourraient devenir un principe de fonctionnement général pour les nouveaux OLED à basse tension de fonctionnement."