«Lors du dépôt de molécules organiques par dépôt sous vide, l'orientation des molécules est modifiée au fil du temps en interrompant le dépôt. De plus, en modifiant les conditions de dépôt, il est possible d’inverser l’orientation de la tête et de la queue des molécules », explique le professeur Hisao Ishii, qui a dirigé l’équipe.
Ces résultats devraient contribuer à l’amélioration de l’efficacité et de la durabilité des OLED.
Un schéma de l'appareil développé pour la méthode de dépôt sous vide. Le composant principal de la sonde Kelvin rotative comprend une électrode rotative et son environnement.
Les dispositifs optoélectroniques organiques, tels que les diodes électroluminescentes organiques (OLED), utilisent des molécules dotées de structures spécifiques disposées sur des films minces. De plus, la disposition de ces molécules sur n’importe quelle surface est cruciale pour divers processus qui se produisent au sein de ces dispositifs.
Cet arrangement est guidé par deux facteurs principaux : la vitesse de dépôt (à quelle vitesse les molécules sont placées) et la température de surface. Des taux de dépôt plus lents et des températures plus élevées facilitent un agencement approprié, ce qui donne lieu à des structures plus stables.
Il est également essentiel de trouver la bonne échelle de temps pour ce processus, et les chercheurs recherchent désormais des moyens de contrôler ces facteurs pour obtenir un arrangement moléculaire optimal sur les surfaces.
Dans leur étude, l'équipe a découvert un moyen simple mais ingénieux de contrôler l'orientation des molécules déposées sur des films minces contenant de l'aluminium et du benzène, notés Alq.3 et TPBi, respectivement.
Ils ont utilisé une méthode appelée « dépôt intermittent », qui introduit des pauses pendant le processus de dépôt, et ont développé une version mise à jour d'un outil appelé « sonde Kelvin rotative » (RKP). Celui-ci a été utilisé pour mesurer le potentiel de surface (tension à la surface du matériau) pendant et après le dépôt en temps réel.
En ouvrant et fermant à plusieurs reprises l'obturateur de dépôt à des intervalles spécifiques, les chercheurs ont pu modifier la polarisation (la répartition des charges), influençant ainsi la façon dont les molécules étaient orientées sur les films.
La nouvelle approche du dépôt intermittent a créé une couche de surface détendue et stable avec polarisation contrôlable. L’étude a également révélé comment la relaxation de surface affectait l’orientation moléculaire et la formation d’une vallée potentielle (en forme de « V »).. En fait, cette méthode de dépôt permet la création d'un profil de potentiel arbitraire pour les orientations moléculaires souhaitées sur le film mince d'intérêt.
En termes d'applications, cette technique de dépôt intermittent peut améliorer l'efficacité et la durée de vie des matériaux OLED. En outre, il peut également être utilisé pour des molécules organiques non polaires, ce qui le rend utile pour des dispositifs tels que les cellules photovoltaïques organiques et les transistors.
« Cette méthode devrait améliorer encore l’efficacité et la durée de vie des OLED », explique Ishii. « Au-delà des OLED, elle favorise également le développement d’autres dispositifs organiques, tels que les dispositifs à mémoire organique. Par conséquent, le remplacement des dispositifs inorganiques conventionnels par des dispositifs organiques rendra les dispositifs légers et flexibles facilement disponibles.