Os autores da pesquisa, publicada na revista The Journal of Physical Chemistry A, afirmam que a tecnologia baseada na química quântica permitirá reduzir o tempo necessário para a criação e entrada no mercado de novos dispositivos OLED.
Os díodos orgânicos emissores de luz representam uma área promissora da nanoeletrônica de semicondutores que permite obter fontes de luz e pixels de tela compactos, baratos e altamente eficientes.
De acordo com os cientistas, o método de escolha das moléculas irradiadoras criado por eles com base em cálculos de química quântica permitirá acelerar em muitas vezes e facilitar a criação de diferentes OLED de terceira geração, transferindo este trabalho para a área de modelagem computadorizada.
"Nós revisámos os princípios do design molecular dos irradiadores, analisando a molécula de bis-carbazol-dicianobenzeno (2CzPN), a campeã atual de eficiência. Ao pesquisar processos de diferentes vetores característicos para esta molécula e outros semicondutores orgânicos, destacamos os principais aspectos de sua estrutura que fomentam uma luminosidade eficiente", explica Alexandra Freidzon, assistente do Departamento de Física de Ambientes Condensados do Instituto de Nanotecnologias em Eletrônica, Spintrônica e Fotônica da MEPhI e mestre em Química.
A irradiação de luz em OLED acontece por meio do fenômeno chamado recombinação, ou seja, colisão de portadores de cargas opostas: elétrons e os chamados buracos, que são moléculas ou átomos sem elétron.
A eficiência quântica máxima dos OLED de primeira geração não superava 25%, já na terceira geração, objeto das pesquisas atuais, já é possível aproveitar 100% dos pares elétron-buraco. Isso foi possível graças a um dos processos intramoleculares: a fluorescência retardada ativada termicamente (TADF, na sigla em inglês).
Antes, acreditava-se que um irradiador TADF eficiente deveria consistir de duas partes de interação mínima entre elas. Porém, os cientistas da MEPhI afirmam ter encontrado uma série de propriedades para a irradiação no material concorrer de maneira eficiente com os processos não irradiadores.
"Só nós pudemos aplicar o método de química quântica, que garante alta precisão na posição dos níveis de energia da molécula. Isso tem importância crítica para a teoria da TADF, já que os erros de posição dos níveis alteram qualitativamente tudo. Mais do que isso, nós conseguimos reunir todos os processos que conduzem à TADF e que concorrem com ela, e avaliar suas velocidades no âmbito de um modelo único, sem aproximações adicionais", observa Alexandra Freidzon.
A triagem por computador dos materiais com critérios de seleção bem definidos permitirá reduzir drasticamente o volume do trabalho experimental, acelerando o descobrimento e a entrada no mercado de novos irradiadores eficientes OLED de terceira geração, explicam os cientistas da MEPhI.
O método de química quântica usado exige cálculos complexos, mas, como informam os autores do trabalho, os dados obtidos permitirão calibrar e aumentar a qualidade dos métodos mais simples e baratos de estudo dos semicondutores orgânicos.
A pesquisa foi realizada em cooperação com o Centro de Fotoquímica da Academia das Ciências da Rússia conforme a bolsa n.º 19-13-00383 do Fundo da Ciência da Rússia. No momento a equipe está desenvolvendo elementos de inteligência artificial que ajudarão no tratamento dos volumes de dados para tornar a triagem mais eficiente.
