Los circuitos integrados (CI) modernos basados ​​en silicio han alcanzado los límites prácticos de la miniaturización, mientras que el uso de compuestos orgánicos puede potencialmente permitir la creación de elementos de microchip tan grandes como una sola molécula. Los científicos de la Universidad Nacional de Investigación Nuclear de Rusia MEPhI (MEPhI) están llevando a cabo activamente estudios en este campo. Recientemente han publicado los resultados de sus cambios de modelado en moléculas agitadas de semiconductores orgánicos en el Revista de química física .

Hay varias razones por las que la electrónica orgánica se considera un campo prometedor. Las materias primas para ellos son de fácil acceso y el uso de materiales orgánicos permite fabricar elementos de CI de tamaño molecular, acercándolos así a las estructuras internas de los organismos vivos.

Una posibilidad tan prometedora es el diseño de materiales funcionales y moleculares orgánicos dirigidos. Ahora, Los investigadores rusos están resumiendo la experiencia global en estas esferas y realizando modelos predictivos.

"Nuestro grupo está realizando modelos predictivos para materiales electrónicos orgánicos, específicamente para diodos emisores de luz orgánicos (OLED; utilizado en pantallas livianas de alta calidad capaces de doblarse). El OLED emite luz, cuando los electrones que provienen de un cátodo se encuentran con los agujeros (de electrones) que provienen de los ánodos y participan en la recombinación. El estado, cuando un electrón y un agujero están unidos entre sí pero no se recombinan, llamado excitón, puede durar relativamente mucho tiempo, y a menudo se localiza dentro de una sola molécula, "dijo Alexandra Freidzon, asistente en la Universidad Nacional de Investigaciones Nucleares MEPhI y científico en el Centro de Fotoquímica del Centro Federal de Investigaciones Científicas.

Según Freidzon, la migración de la cuasipartícula de un excitón a moléculas vecinas permite controlar convenientemente el color y la eficacia de la emisión de luz de los OLED. Para ello, se puede colocar una capa emisora ​​de luz entre capas de semiconductores orgánicos de tipo n y p, que llevan electrones y huecos respectivamente, con estas cuasipartículas "encontrándose" en la capa intermedia, participar en la recombinación y permanecer unidos el uno al otro.

"Hemos estudiado cómo se comportan los excitones en una molécula de un semiconductor de hueco típico, que también se utiliza como matriz para la capa emisiva, y resultó que los excitones no se localizan en toda la molécula, sino en ciertas partes y puede migrar entre ellas. Las excitaciones pueden hacerlo bajo la influencia de pequeñas perturbaciones, como los provocados por la presencia de otra molécula, "Añadió Freidzon.

Los investigadores de MEPhI han estudiado el mecanismo y la velocidad de la migración del excitón de un extremo a otro de la molécula y han descubierto que la migración es muy rápida en un solo sentido y puede ser favorecida por ciertas fluctuaciones intramoleculares.

Los autores del estudio de investigación creen que ahora es posible estudiar cómo la presencia de moléculas vecinas afecta este proceso y sugerir la modificación de la molécula portadora de excitones para hacer más eficiente el proceso de transferencia de energía de agitación a la molécula emisora. Tal trabajo es el corazón del diseño virtual de materiales funcionales:los científicos seleccionan las funciones clave del material y luego construyen un modelo, describiendo el proceso de su función. Esto les permite determinar los principales factores que afectan la efectividad de los procesos y así sugerir modificaciones a ciertos materiales funcionales si es necesario.

Los científicos de MEPhI enfatizan que solo están comenzando a comprender el proceso de migración del excitón dentro de la molécula en semiconductores orgánicos, pero pronto podrá presentar sugerencias sobre cómo modificar las moléculas utilizadas en las capas emisoras de la pantalla OLED.