Forskare från RIKEN och University of California San Diego, i samarbete med internationella partners har hittat ett sätt att avsevärt minska mängden energi som krävs av organiska lysdioder (OLED). OLED:er har uppmärksammats som potentiella ersättningar för flytande kristalldioder, eftersom de erbjuder fördelar som att vara flexibla, tunn, och kräver inte bakgrundsbelysning.

Gruppen nådde framsteg, publicerad i Natur , genom att utveckla ett nytt sätt att manipulera "excitonerna" - elektronpar och hål - som är nyckeln till transporten av elektroner inom OLED. Väsentligen, ström som passerar genom enheten skapar sådana par, som sedan övergår till en lägre energinivå och avger synligt ljus i processen. I vanliga fall, excitonerna i OLED:er uppstår i två mönster, med snurr som antingen är samma eller motsatta, och de med samma snurr – tekniskt kända som triplettexcitoner – är tre gånger vanligare. Dock, singletterna, som skapas tillsammans med trillingarna, kräver mer energi, och även om de kan omvandlas till trillingar betyder det fortfarande att enheten som helhet kräver energi för att skapa dem i första hand.

I det pågående arbetet, gruppen hittade ett sätt att sänka spänningen så att endast trillingar bildas. Arbetet började med grundläggande forskning för att förstå den grundläggande fysiken bakom skapandet av excitoner med hjälp av exakta elektroluminescensmätningar av en molekyl med hjälp av ett scanning tunneling microscope (STM) kombinerat med ett optiskt detektionssystem. De förberedde ett modellsystem baserat på en isolerad molekyl av 3, 4, 9, 10-perylentetrakarboxylsyrahydrid (PTCDA), en organisk halvledare, adsorberas på en metallstödd ultratunn isolerande film. De använde en speciell teknik för att ge en negativ laddning till molekylen. Sedan, de använde strömmen från ett STM (scanning tunneling microscope) för att inducera luminescens i molekylen, och övervakade vilken typ av exciton som skapades baserat på emissionsspektrumet. Mätningarna visade att vid låg spänning, endast trillingar bildades. Teoretiska beräkningar av Kuniyuki Miwa och Michael Galperin vid UC San Diego bekräftade de experimentella resultaten och underbyggde mekanismen.

"Vi tror, " säger Kensuke Kimura från RIKEN Cluster for Pioneering Research, "att vi kunde göra detta tack vare en tidigare okänd mekanism, där elektroner selektivt avlägsnas från den laddade molekylen beroende på deras spinntillstånd."

"Det var väldigt spännande att upptäcka denna nya mekanism, säger Yousoo Kim, ledare för Surface and Interface Science Laboratory i RIKEN CPR, "Vi tror att dessa fynd kan bli en allmän arbetsprincip för nya OLED:er med låg driftspänning."