Los diodos emisores de luz orgánicos (OLED) se utilizan en teléfonos inteligentes y televisores para facilitar la visualización de colores de alto contraste. Los polímeros conjugados también se emplean a menudo como semiconductores orgánicos en tales diodos. Investigadores de la Universidad de Bayreuth han descubierto cómo la estructura espacial de estos polímeros se puede utilizar para controlar los colores de los OLED y ayudar a aumentar el brillo de los monitores. Ahora han presentado este mecanismo previamente desconocido en la revista científica. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

Polímeros con columna vertebral:las estructuras espaciales determinan el color de la luz

Los polímeros que son adecuados para su uso en diodos emisores de luz orgánicos juegan un papel central en los nuevos hallazgos de la investigación. Gracias a la cadena formada por la conexión de bloques de construcción moleculares, poseen una columna vertebral. Si los polímeros se exponen luego a un rayo láser, absorben la luz y la almacenan como energía de excitación. Esta energía se propaga a lo largo de la columna vertebral. Poco después de eso, se libera por emisión de luz.

Hasta ahora se había asumido que el color de la luz emitida depende de cuánto se propaga la energía de excitación a lo largo de los polímeros:supuestamente, cuanto más doblados estaban los polímeros, cuanto menor es la distancia sobre la que se extiende la energía. Sin embargo, los científicos de Bayreuth ahora han refutado esta suposición. Los polímeros que estudiaron tienen columnas vertebrales químicamente idénticas y dobladas en diferentes grados, pero la energía de excitación siempre se extiende a la misma distancia. Los polímeros doblados emiten luz verde o azul, mientras que los polímeros alargados irradian luz amarilla o roja. "Cuando estos polímeros se vayan a utilizar en diodos emisores de luz orgánicos, sus diversas estructuras espaciales se pueden utilizar para controlar con precisión el color de la luz emitida por los OLED, "explicó el físico Dominic Raithel (M.Sc.), autor principal del artículo que ahora se ha publicado en PNAS .

Los investigadores en Bayreuth también descubrieron que los polímeros alargados poseen un andamio formado por sus cadenas laterales, que estabiliza la estructura alargada. "Esto da como resultado una ventaja especial para los diodos emisores de luz:cuando los polímeros alargados se superponen entre sí, los andamios proporcionan estabilidad. Por tanto, la emisión óptica no se debilita ", dijo Raithel, quien recientemente completó su disertación en el grupo de capacitación en investigación financiado por DFG de la Universidad de Bayreuth "Fotofísica de sistemas multicromofóricos sintéticos y biológicos". En este contexto, Los materiales orgánicos naturales y sintéticos se estudian en estrecha cooperación interdisciplinaria. Por ejemplo, los físicos experimentales Prof. Dr. Anna Köhler y Prof. Dr. Jürgen Köhler junto con el Prof. Dr. Mukundan Thelakkat, experto en polímeros funcionales, participaron en los nuevos experimentos.

Una interacción transatlántica de teoría y experimento.

Las investigaciones experimentales comparativas de polímeros utilizaron diferentes tipos de métodos de espectroscopia. "Un factor decisivo fue la espectroscopia de una sola molécula a temperaturas muy bajas, para lo cual Bayreuth nos brindó su infraestructura de alto desempeño. Usando este método, pudimos determinar el color de la luz emitida y finalmente la extensión de la energía de excitación sobre los polímeros en cadena, "explicó el Dr. Richard Hildner, quien coordinó la investigación en la Universidad de Bayreuth.

Los científicos de Bayreuth trabajaron en estrecha colaboración con un grupo de investigación de la Universidad Rice en Houston, Texas. La Dra. Lena Simine y el Prof. Dr. Peter J. Rossky llevaron a cabo extensos cálculos sobre el impacto de las estructuras poliméricas en el color de la luz emitida. La vinculación de métodos experimentales y teóricos permitió comprender las estructuras espaciales de las cadenas de polímeros individuales, lo que habría sido imposible con las técnicas tradicionales de obtención de imágenes.