Ljusemitterande exciplexkomplex kan bildas över mycket större avstånd än någonsin misstänkt, ett RIKEN-ledt lag har visat. Denna upptäckt kan leda till mycket känsliga sensorer och fotodetektorer.

Ett exciplex är ett exciterat tillståndskomplex som bildas mellan en molekyl som donerar elektroner och en som tar emot elektroner. Exciplex är i allmänhet av intresse för sina gynnsamma ljusemissionsegenskaper. Särskilt, det exciterade tillståndet kan lätt genomgå en process som förbättrar effektiviteten hos organiska ljusemitterande dioder (OLED).

De två molekylerna måste vanligtvis vara inom några nanometer från varandra för att ett exciplex ska bildas. Dock, genom att placera elektrondonatorn och elektronacceptorn på vardera sidan av ett distansskikt, Yong-Jin Pu från RIKEN Center for Emergent Matter Science och hans medarbetare har skapat exciplex när donatorn och acceptorn är upp till 70 nanometer från varandra.

Teamet började med ett distanslager 10 nanometer tjockt, och ökade sedan tjockleken i steg om 10 nanometer. Anmärkningsvärt, exciplex ljusemission sågs fortfarande även när distansstjockleken nådde 70 nanometer.

"Vi försökte skapa ett nytt och unikt exciplextillstånd, där elektrondonatormolekylen och elektronacceptormolekylen är åtskilda av ett tjockt distansskikt, " Pu förklarar. "Upptäckten var en stor överraskning - distansen var mycket tjockare än de 10 nanometer distanserna som tidigare rapporterats. Den exceptionella tjockleken går långt utöver tidigare förutfattade meningar."

Teamet använde fyra olika elektrondonatormolekyler för att visa att ljusutsläppet verkligen var från exciplexbildning. "Typen av givarmolekyl måste påverka exciplexets emissionsvåglängd, på grund av förändringen av energiskillnaden mellan donator och acceptor, " förklarar Pu. Utsläppen varierade precis som förväntat, bekräftar bildandet av exciplex.

Även om mekanismen bakom sådan exciplexbildning på långa avstånd ännu inte är väl förstådd, distansskiktet spelar en viktig roll, säger Pu. Spacern bildar ett exciplextillstånd med donatormolekylen och även med acceptormolekylen, forskarna misstänker (fig. 1). "Distansmolekylen beter sig som en acceptor till donatormolekylen, och uppträder samtidigt som en donator till acceptormolekylen, " säger Pu. "Vi försöker nu förstå mekanismen och den dolda fysiken i denna långväga exciplexformation och dess emission."

Teamet överväger också möjliga tillämpningar av deras överraskande upptäckt, som kan ligga utanför de vanliga OLED:erna. "Vi räknar med att detta helt nya exciplex kan leda till mycket känsliga sensorer eller fotodetektorer för extern stimulans, "Säger Pu.