Des chercheurs de l'Université nationale de recherche nucléaire MEPhI (Institut d'ingénierie physique de Moscou) travaillent activement dans ce domaine. Ils ont récemment modélisé les changements de l'état excité de la molécule d'un semi-conducteur organique. Les résultats de leur étude ont été publiés dans la revue Journal of Physical Chemistry.
Le design directionnel de molécules organiques et de matières fonctionnelles pour l'électronique organique est un domaine scientifique prometteur. Les chercheurs ont compilé l'expérience mondiale existante et procèdent actuellement à des modélisations prédictives.
«Notre groupe s'occupe de la modélisation prédictive des matières pour l'électronique organique, concrètement pour les LED organiques (OLED). Les OLED allumées émettent des électrons sur la cathode, et sur l'anode: des trous. Quelque part au milieu du dispositif ils se rencontrent et recombinent, tout en émettant de la lumière. L'état dans lequel un électron et un trou se trouvent à proximité mais ne se recombinent pas peut exister pendant relativement longtemps: il s'appelle exciton. Le plus souvent cet exciton se trouve à une distance intermoléculaire», a déclaré Alexandra Freidzon, l'une des auteurs de l'étude, assistante de la chaire de physique des milieux condensés à l'université MEPhI et collaboratrice du Centre de photochimie de l'Académie des sciences de Russie.
Selon la chercheuse, le transfert de l'exciton sur les molécules voisines permet de contrôler facilement la couleur et l'efficacité de l'éclairage des OLED: entre les jonctions p-n des semi-conducteurs organiques on place une couche émettrice (en général un semi-conducteur également) où les paires électron-trou se rencontrent, se recombinent et "ne se séparent pas".
«Nous avons étudié le comportement de l'exciton dans la molécule d'un semi-conducteur à trou typique également utilisé en tant que matrice de la couche émettrice. Il s'avère que l'exciton ne se localise pas sur toute la molécule mais sur ses parties à part, et peut migrer sur la molécule. En particulier migrer sous l'effet de légères perturbations, telles que la présence d'une autre molécule (par exemple, d'un émetteur dopant)», explique Alexandra Freidzon.
«Il s'avère que sur l'un des axes la migration se déroule très vite, à l'échelle d'une picoseconde, et ce sont certaines oscillations intramoléculaires qui l'aident», a ajouté la collaboratrice de l'université MEPhI.
D'après les auteurs, il est à présent possible d'évaluer comment ce processus est influencé par la présence de molécules voisines et de proposer une modification de la structure de la molécule initiale pour rendre le processus de transfert d'énergie d'excitation sur la molécule de l'émetteur le plus efficace possible. C'est précisément le processus de modélisation virtuelle des matières fonctionnelles: les chercheurs déterminent la fonction clé de la matière et construisent le modèle du processus sur la base de cette fonction pour définir les principaux facteurs impactant l'efficacité du processus et proposer de nouvelles modifications de la matière.
Les scientifiques soulignent qu'à l'heure actuelle ils se trouvent au premier stade de compréhension du processus de migration de l'exciton dans les semi-conducteurs organiques. Prochainement, ils pourront donner des recommandations sur la modification des molécules utilisées dans les matrices des couches émettrices des OLED.
