Российские химики вместе с европейскими коллегами предложили новый материал для органических светодиодов, в основе которого лежит комплекс меди. От созданных ранее подобных соединений новый материал отличается низкой стоимостью, высокой эффективностью и повышенной устойчивостью. О своей работе исследователи рассказали на страницах журнала Nature Communications. Работа поддержана грантом Российского научного фонда.

«В последнее время светодиоды буквально перевернули индустрию осветительных приборов. С каждым годом для их создания все чаще используются органические светодиоды (OLED). Их преимущества в низком энергопотреблении при высокой яркости и возможности создания тонких и гибких экранов. Однако у этой технологии есть и "темная" сторона, ведь яркие органические светодиоды часто содержат редкие элементы, такие как иридий или рутений. Из-за этого создание больших светоизлучающих матриц стоит очень дорого. Мы старались разработать материал для бюджетного и эффективного органического светодиода», — рассказывает один из авторов работы, заведующий лабораторией строения металлоорганических и координационных соединений Института металлоорганической химии имени Г. А. Разуваева РАН Сергей Кетков.

Сначала ученые смогли теоретически определить особенности электронного строения комплекса и заранее спланировать условия экспериментов по исследованию фотофизических свойств нового материала. С помощью методов квантовой химии российским ученым удалось представить, как изменяется электронная плотность молекулы в процессах переноса энергии. Эти знания впоследствии пригодились для интерпретации полученных экспериментальных результатов.

На втором этапе ученые синтезировали новый материал, используя люминесцирующий комплекс, содержащий каркас из четырех атомов меди, связанных с атомами углерода и фосфора. Затем исследователи сконструировали на его основе прототип органического светодиода с помощью центрифуги. Полученный материал оказался очень перспективным благодаря отличным параметрам генерации излучения, поэтому его отправили на дальнейшее исследование.

Европейские исследователи провели анализ сверхбыстрых процессов, происходящих в молекулах комплекса. Работа OLED основана на переходе молекул в возбужденные электронные состояния с последующей потерей энергии в виде излучения света. Используя уникальную рентгеновскую спектроскопию, ученые выяснили механизмы переноса энергии, которые приводят к излучению света с высоким выходом, а также определили, как изменяются электрические заряды на атомах меди при таких переходах.

Медьсодержащие светодиоды имеют гораздо меньшую стоимость, чем применяемые сегодня OLED на основе иридия и прочих редких элементов. Сделанный учеными материал будет особенно полезен при создании осветителей большой площади, для которых необходимо использование внушительного количества светодиодов. Авторы отмечают, что знания, полученные ими при изучении механизмов работы светодиода, в будущем помогут создать новые, еще более мощные источники света.