نماذج تحليلية جديدة تكشف آليات حركية العكيتون لتحسين كفاءة وأداء شاشات OLED

باحثون من جامعة كيوشو قد طوّروا نموذجًا تحليليًا جديدًا يوضح ديناميكية الحالة الحاملة للطاقة - أو الحالة الحاملة للإلكترونات المثارة - في مواد الأجهزة الصادرة للضوء العضوية (OLEDs). هذا التقدم، الذي تم نشره في مجلة Nature Communications، يُعدّ خطوة هامة نحو زيادة عمر الاستخدام لهذه الأجهزة وتسريع تطوير مواد أكثر تقدمًا وكفاءة. أجهزة OLEDs هي نوع من الأجهزة الصادرة للضوء التي تعتمد على المركبات العضوية لإنتاج الضوء، وهي أكثر كفاءة من الـLEDs التقليدية ويمكن بناؤها باستخدام مواد فائقة الرقة والمرونة، كما أنها تتميز بجودة صورة أعلى. من أجل تحسين أداء هذه الأجهزة، يعمل الباحثون على فهم الكيمياء والفيزياء الأساسية وراء هذه التقنية. المادة الحاملة للطاقة، المعروفة بالـexciton، يمكن أن تدخل في حالات مختلفة، أهمها الحالة المفردة (S1) والحالة الثلاثية (T1). ينتج الضوء عندما تتخلص هذه المادة من الطاقة وتنتقل من الحالة المثارة إلى حالتها الأصلية. ومع ذلك، فإن الضوء ينتج فقط عند انتقال الحالة من S1 وليس T1. "لحسن الحظ، يمكن أن تنتقل الحالات بين T1 وS1، مما يزيد من كفاءة إنتاج الضوء بشكل كبير"، يقول البروفيسور تشيهايا أداتشي من مركز بحوث الفوتونيات والكهرباء العضوية (OPERA) في جامعة كيوشو، وهو القائد الرئيسي للدراسة. واحدة من أكبر الإنجازات في مجال OLEDs كانت تطوير مواد الفلوريسنت المؤخرة بالطاقة الحرارية (TADF)، التي تقضي على الفجوة بين حالتي S1 وT1، مما يسهل انتقال الإلكترونات من T1 إلى S1 وبالتالي يزيد من إنتاج الضوء. فهم هذه الفجوة في مواد TADF يُعد أساسيًا لتقييم كفاءة مواد OLEDs واختبار فعالية المواد الجديدة. ومع ذلك، كانت الطريقة التقليدية لقياس هذه الفجوة غير موثوقة أحيانًا بسبب عدم موضوعيتها والافتراضات المشروطة. "عند تطوير مواد TADF جديدة، نستخدم الحسابات الكمية لتقدير الفجوة بين S1 وT1، المعروفة بـΔEst. ولكن من الصعب حساب سلوك جميع الإلكترونات نظريًا لتحديد تكوين الحالة المثارة بدقة، ولذا نعتمد عادةً على بعض الافتراضات لتخفيض تكلفة الحسابات. هذا يؤدي إلى اختلافات بين البيانات التجريبية والنظريات"، يضيف الدكتور يوتشي تسوجيا، الباحث الرئيسي في الدراسة. لحل هذه المشكلة، عمل الفريق على تطوير نموذج يمكنه تقدير ΔEst بدقة أكبر. طبقت الطريقة الجديدة العديد من النظريات الأساسية في الكيمياء الفيزيائية وأخذت بعين الاعتبار انتقال الحالة الحاملة للطاقة بين الحالات الثلاثية. كان وصف هيكل الحالات المثارة للمolecules العضوية أمرًا صعبًا حتى الآن، ولكن الباحثين يأملون أن يساهم عملهم في تطوير المواد المضيئة عالية الأداء وفي تحقيق تقدم إضافي في مجال الفوتوكيمياء. "سنستخدم هذه الطريقة التحليلية الجديدة في تطبيقات أخرى من مواد TADF، مما سيساعدنا على فهم أفضل لديناميكية الحالات الحاملة للطاقة في الأبحاث المستقبلية حول OLEDs"، يختتم البروفيسور أداتشي. "بالإضافة إلى ذلك، نرغب في استكشاف استخدام الذكاء الاصطناعي لتنبؤ خصائص المواد الجديدة بدقة".