Modellierung der UC Davis und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung könnte Design organischer Halbleiter beschleunigen

de.wedoany.com-Bericht: Forschende der University of California, Davis und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung in Deutschland haben ein neues rechnergestütztes Modellierungsframework entwickelt, das Chemieingenieuren helfen könnte, organische Halbleitermaterialien für organische Leuchtdioden (OLEDs) und flexible Elektronik schnell zu identifizieren und zu optimieren.

Der Ladungstransport in organischen Halbleitern wird durch die Molekülstruktur und das elektronische Verhalten beeinflusst. Herkömmliche Modellierungsmethoden weisen in der Regel einer gesamten Atomklasse identische elektronische Eigenschaften zu. Das neu entwickelte Modell untersucht die lokale Umgebung einzelner Atome und simuliert die Veränderungen der Molekülpolarisation, wenn Atome mit ihrer Umgebung interagieren. Das Forschungsteam berichtet, dass die Genauigkeit höher ist als bei herkömmlichen Methoden.

Das Modell kann außerdem neutrale, geladene und angeregte Zustände von Molekülen simulieren, was es Forschenden ermöglicht, Bedingungen zu untersuchen, die für den Betrieb elektronischer Geräte relevant sind. In Kombination mit maschinellem Lernen kann das Framework die Eigenschaften neuer Moleküle vor deren Synthese vorhersagen und so möglicherweise die Anzahl der Materialien reduzieren, die experimentell hergestellt und getestet werden müssen.

Dieses Framework wurde von Toulik Maitra, Doktorand der Chemietechnik an der University of California, Davis, während eines sechsmonatigen Austauschs am Max-Planck-Institut für Polymerforschung entwickelt. Derzeit wendet er die betreffende Modellierungstechnik auf die Erforschung von OLED-Halbleitermaterialien an, darunter Emitter mit thermisch aktivierter verzögerter Fluoreszenz (TADF) und Moleküle mit hoher Mobilität.

Diese Arbeit könnte Forschenden helfen, organische Alternativen zu OLED-Materialien zu erkunden, die auf seltene Metalle wie Iridium und Platin angewiesen sind. TADF-Materialien können mit organischen Molekülen vergleichbare Leistungen erzielen.

Eine frühere Version der Studie wurde auf der arXiv-Plattform veröffentlicht; das internationale Team bereitet derzeit ein Peer-Review vor. Zu den nächsten Schritten gehört die weitere Anwendung der Modellierungsmethode auf die organische Halbleiterforschung sowie die Ausweitung auf Bereiche wie Bauelementleistung und Vibrationsanalyse.