В OLED используются содержащие углерод органические молекулы, преобразующие электрический заряд в свет. В обычных OLED положительный и отрицательный заряды образуют квазичастицу экситон. Один экситон может пустить свою энергию на создание максимум одного пучка света, или фотона. Когда все заряды экситонов излучают свет, достигается максимальный, 100-процентный квантовый выход. Однако новая технология, основанная на синглетном расщеплении, делит энергию экситона на две части, что позволяет превзойти лимит производительности экситонов, пишет Phys.org.

«Проще говоря, мы использовали молекулы, которые действуют в OLED как разменный аппарат для экситонов. Как и машина, меняющая 10-долларовую купюру на две по $5, молекулы преобразуют дорогой, высокоэнергетический экситон в два низкоэнергетических по полцены», — объясняет профессор Хаджиме Наканотани, соавтор опубликованной в журнале Advanced Materials статьи.

Экситоны бывают двух форм, синглетной и триплетной, и обычно молекулы могут принимать только синглеты или триплеты с определенной энергией. Японские ученые обошли это ограничение, задействовав молекулу, которая принимает триплетный экситон с энергией, вполовину меньшей, чем энергия синглетного экситона. Такой синглет может передавать одну половину своей энергии соседней молекуле, оставляя другую половину себе. Это приводит к появлению двух триплетов из одного синглета.

Триплетные экситоны переходят затем к молекуле второго типа, которая использует энергию для излучения света ближней инфракрасной части спектра. Во время эксперимента физики смогли преобразовать экситоны в 100,8% триплетов. Это первый опыт применения синглетного расщепления для OLED.

В дальнейшем ученые надеются поднять производительность экситонов до 125%, а в более долгосрочной перспективе — и получить 200% квантового выхода.

Благодаря выдающимся оптическим свойствам экситонов материал диселенид вольфрамита стал составной частью нового полупроводникового материала, который может оказаться основой для электроники следующего поколения.