“Cuando se depositan moléculas orgánicas mediante deposición al vacío, la orientación de las moléculas cambia con el tiempo al detener la deposición. Además, al cambiar las condiciones de deposición, es posible invertir la orientación tanto de la cabeza como de la cola de las moléculas”, afirma el profesor Hisao Ishii, que dirigió el equipo.
Se espera que estos hallazgos ayuden a mejorar la eficacia y durabilidad de los OLED.
Un esquema del aparato desarrollado para el método de deposición al vacío. El componente principal de la sonda Kelvin giratoria consta de un electrodo giratorio y su entorno.
Los dispositivos optoelectrónicos orgánicos, como los diodos emisores de luz orgánicos (OLED), utilizan moléculas con estructuras específicas dispuestas en películas delgadas. Además, la disposición de estas moléculas en cualquier superficie es crucial para diversos procesos que ocurren dentro de estos dispositivos.
Esta disposición está guiada por dos factores principales: la velocidad de deposición (la velocidad con la que se colocan las moléculas) y la temperatura de la superficie. Tasas de deposición más lentas y temperaturas más altas facilitan la disposición adecuada, lo que da como resultado estructuras más estables.
Encontrar la escala de tiempo adecuada para este proceso también es fundamental, y los investigadores ahora están buscando formas de controlar estos factores para lograr una disposición molecular óptima en las superficies.
En su estudio, el equipo encontró una manera simple pero ingeniosa de controlar la orientación de las moléculas depositadas en películas delgadas que contienen aluminio y benceno, denominadas Alq.3 y TPBi, respectivamente.
Utilizaron un método llamado "deposición intermitente", que introduce interrupciones durante el proceso de deposición, y desarrollaron una versión actualizada de una herramienta llamada "sonda rotatoria Kelvin" (RKP). Esto se utilizó para medir el potencial superficial (voltaje en la superficie del material) durante y después de la deposición en tiempo real.
Al abrir y cerrar repetidamente el obturador de deposición a intervalos específicos, los investigadores pudieron cambiar la polarización (la distribución de cargas), influyendo en cómo se orientaban las moléculas en las películas.
El nuevo enfoque de deposición intermitente creó una capa superficial relajada y estable con polarización controlable. El estudio también reveló cómo la relajación de la superficie afectó la orientación molecular y la formación de un valle potencial (con forma de "V"). De hecho, este método de deposición permite la creación de una perfil de potencial arbitrario para las orientaciones moleculares deseadas en la película delgada de interés.
En términos de aplicaciones, esta técnica de deposición intermitente puede mejorar la efectividad y la vida útil de los materiales OLED. Además, también se puede utilizar para moléculas orgánicas no polares, lo que lo hace útil para dispositivos como transistores y células fotovoltaicas orgánicas.
“Se espera que este método mejore aún más la eficiencia y la vida útil de los OLED”, afirma Ishii, “más allá de los OLED, también promueve el desarrollo de otros dispositivos orgánicos, como los dispositivos de memoria orgánica. Por lo tanto, reemplazar los dispositivos inorgánicos convencionales por dispositivos orgánicos hará que los dispositivos livianos y flexibles estén fácilmente disponibles”.