據(jù)悉，科學家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有不成對電子的半導體分子（被稱為“自由基”）可用于制造非常有效的有機發(fā)光二極管（OLED），利用其量子力學“旋轉(zhuǎn)”特性來克服傳統(tǒng)非自由基材料的效率限制。
自由基往往因其極高的化學反應以及對包括人類健康和臭氧層在內(nèi)造成不利影響而著稱。現(xiàn)在，通過科學家的發(fā)現(xiàn)，自由基OLED或?qū)⒊蔀橄乱淮@示器和照明技術(shù)的基礎(chǔ)。
來自劍橋大學和吉林大學的團隊描述了該自由基“向上”以及“向下”的旋轉(zhuǎn)特征，該穩(wěn)定的自由基被稱為“雙重”的電子狀態(tài)。將這些自由基OLED通電后，導致了高亮度雙重激發(fā)態(tài)，能發(fā)射效率近100%的深紅光。
對于傳統(tǒng)化合物（即沒有未成對電子的非自由基），量子力自旋要求電荷注入在OLED的運行中形成25%的明亮“單線態(tài)”以及75%的暗色“三重態(tài)”。自由基為從20世紀80年代OLED的出現(xiàn)以來就一直困擾著研究人員的最基本的旋轉(zhuǎn)問題提供了一個很好地解決方案。
作為卡文迪什實驗室的Richard Friend教授團隊的首席合著者的Emile Evans博士表示：“從表面上看，OLED中的自由基不應該起任何實際作用，這使得我們的發(fā)現(xiàn)非常令人驚訝。自由基本身是異常發(fā)光的，并且在具有不尋常物理特性的OLED中運行。”當在主基質(zhì)中分離并用通過激光激發(fā)時，自由基非典型地具有接近于發(fā)光的單一效率。這種高度發(fā)光的行為被轉(zhuǎn)化為高亮度LED，但還有另外一種轉(zhuǎn)變：即在器件中，電流將電子注入自由基中的不成對電子能級，并將電子從低位能級拉出來，再加上另一部分分子，進而形成了明亮的雙重激發(fā)態(tài)。
未來，這種高效藍光和綠光自由基二極管可能會進一步推動材料的創(chuàng)新。目前，研究人員正在探索自由基在照明應用外的可能性，希望自由基能對有機電子研究領(lǐng)域的其他分支有所啟發(fā)。
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