Molekylär dynamiksimuleringar har visat att den mystiskt höga effektiviteten hos polymer-LED uppstår från interaktioner mellan triplettexcitoner i deras polymerkedjor, och oparade elektroner i sina molekylära föroreningar.

Polymer -lysdioder (PLED) är enheter som innehåller enstaka lager av självlysande polymerer, inklämd mellan två metallelektroder. De producerar ljus när metallskikten injicerar elektroner och hål i polymeren, skapar förvrängningar som kan kombineras för att bilda två olika typer av elektron-hålpar:antingen ljusemitterande singletter, eller en icke-emitterande trilling. Tidigare teorier har föreslagit att förhållandet mellan dessa två typer bör vara runt 1:3, vilket skulle ge en ljusutsläppseffektivitet på 25%. Dock, efterföljande experiment visade att det verkliga värdet kan vara så högt som 83%. I ny forskning publicerad i EPJ B, fysiker i Kina, leds av Yadong Wang vid Hebei North University, fann att denna högre än förväntade effektivitet kan uppnås genom interaktioner mellan triplettexcitoner, och föroreningar inbäddade i polymeren.

På grund av deras vetenskapliga och kommersiella värde, PLED blir ett allt mer populärt forskningsfält. Upptäckten av Wangs team kan nu leda till mer utbredda tillämpningar av enheterna i framtiden. Inom PLED-polymerskikt, Excitoner är kända för att produceras genom rekombination av polaroner – förvrängningar i elektriska laddningar som bildas och försvinner när elektroner rör sig genom fasta material. Dock, andra mekanismer måste också involveras för att förklara varför deras luminescenseffektivitet är så mycket högre än tidigare teorier förutspådde. Ett förslag tyder på att deras elektriska och optiska egenskaper hos PLED är starkt påverkade av oparade elektroner fångade i molekylära föroreningar.

Wang och kollegor utforskade denna idé genom simuleringar av molekylär dynamik, vilket gjorde det möjligt för dem att återskapa kollisioner mellan en icke-emitterande triplettexciton i en polymerkedja, och en oparad orenhetselektron. Deras beräkningar visade att ljusemitterande singlet-excitoner är bland huvudprodukterna av denna reaktion; med deras totala andel varierande med storleken på orenheten, och dess grad av koppling med polymerkedjan. För första gången, resultatet ger avgörande bevis för att föroreningar avsevärt kan öka effektiviteten hos PLED, och ger nya ledtrådar om de inblandade molekylära mekanismerna.