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©Dae-Hyeon Kim, Anthony D'Aléo
Créée en 2012 par le chercheur japonais Chihaya Adachi, la dernière génération de diodes électroluminescentes organiques ou OLEDs (1) repose sur le phénomène d'émission de fluorescence retardée ou TADF (2). Une propriété spécifique de certains matériaux chromophores qui, lorsqu'ils sont excités par une source d'énergie (lumière ou signal électrique), émettent une fluorescence instantanée à laquelle s'ajoute de façon décalée dans le temps une seconde émission de fluorescence. Des chercheurs du Centre Interdisciplinaire de Nanoscience de Marseille (CINaM), en collaboration avec plusieurs équipes internationales (3) dont celle du pionnier Chihaya Adachi, viennent de franchir une nouvelle étape dans l'exploration de ce phénomène.
Un défi actuel vise en effet à concevoir des OLEDs qui émettent non plus dans le spectre visible de la lumière, mais dans le proche infrarouge (IR). Ces nouvelles OLEDs seraient particulièrement intéressantes pour des applications militaires (systèmes de communication furtive nocturne) ou médicales (imagerie cellulaire). Or, les seuls matériaux efficaces dans le proche IR sont composés de métaux nobles (platine par exemple) qui sont onéreux et peu disponibles.
C'est là l'intérêt des travaux des chercheurs du CINaM et de leurs collègues qui ont mis en évidence une émission de fluorescence retardée dans le proche IR dans un nouveau type de molécule: un analogue de la curcumine, lié à un atome de bore. Développée par le CINaM, cette molécule organique inspirée de la structure de la molécule naturelle de curcumine offre à la fois des propriétés photoniques inattendues et une grande simplicité de synthèse (d'où un coût avantageux).
L'originalité de cette molécule ne s'arrête pas là. Outre sa propriété d'émission de fluorescence retardée dans le proche infrarouge, le dérivé de curcumine est en effet capable de produire une émission spontanée amplifiée, phénomène à l'origine du rayonnement laser. Un résultat inédit puisqu'aucun matériau n'était doté jusqu'à présent de cette combinaison de propriétés. Objet d'un dépôt de brevet, cette découverte marque un pas important pour l'ingénierie moléculaire de composés à fluorescence retardée. Elle ouvre aussi des perspectives prometteuses dans le développement des lasers organiques et semble même rapprocher les physico-chimistes de ce qui demeure le "graal" en matière de lasers: concevoir des lasers organiques contrôlés par signal électrique.
À gauche: Structure du dérivé de curcumine. Schéma des états électroniques montrant le peuplement de l'état singulet (S1) par l'état triplet (T1) à l'origine du phénomène de TADF.
À droite: Caractéristiques spectrales et efficacités des OLEDs.
©Dae-Hyeon Kim, Anthony D'Aléo
Références:
Dae-Hyeon Kim, Anthony D'Aléo, Xian-Kai Chen, Atula S.D. Sandanayaka, Dandan Yao, Li Zhao, Takeshi Komino, Elena Zaborova, Gabriel Canard, Youichi Tsuchiya, Eunyoung Choi, Jeong Weon Wu, Frédéric Fages, Jean-Luc Brédas, Jean-Charles Ribierre, Chihaya Adachi
High-efficiency electroluminescence and amplified spontaneous emission from a thermally-activated delayed fluorescent near infrared emitter
Nature Photonics – Janvier 2018
DOI: 10.1038/s41566-017-0087-y
Notes:
(1) Organic light-emitting diode
(2) Thermally-assisted delayed fluorescence
(3) Kyushu University (Fukuoka, Japon), Ewha Womans University (Seoul, Corée), Georgia Tech (Atlanta, États-Unis)
Contacts:
- Anthony D'Aléo - daleo at cinam.univ-mrs.fr
- Sophie Félix - Chargée de communication - inc.communication at cnrs.fr
- Stéphanie Younès - Responsable Communication - inc.communication at cnrs.fr
- Christophe Cartier dit Moulin - INC & Institut parisien de chimie moléculaire - inc.communication at cnrs.fr
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