为LED设计更好的材料

Physics Focus: http://physics.aps.org/articles/v6/66
Phys. Rev. Lett. 110, 247401 (2013)
有机材料做成的发光二极管（OLED），和传统的LED比，显然更轻更经济，还可以弯曲。不过OLED当前让人诟病的一点是发光效率太低。
分子系统里，电子和空穴从一个分子跳到另一个分子，它们相遇就会形成激发态，把他们看做一个整体，叫做激子。
激子可以是自旋为0或自旋1,分别对应单重态或三重态（2S+1）。学过统计物理的人知道，三重态的统计几率是单重态的三倍。
可是，三重态的发光机制不太好。
从单重态跃迁回基态，直接发射一个光子，这是荧光过程，简单高效。
从三重态跃迁回基态，这是一个磷光过程。
前者效率比较高，后者则无比缓慢（实际上，这是小时候玩的夜明珠的发光原理），甚至会因能量转换为热而发不出光，从三重激发态到基态的能量差都被浪费了。
所以要解决的问题是如何恢复这个能量差。
一种办法是加入金属化合物，例如铱，稀有而昂贵。
这个办法显然不够理想，要是能找到一种全有机材料解决这个问题就好了。
福岡的九州大学研究的方法是“热激发延迟荧光”
基本思想就是把单重态和三重态之间的能隙减小
以至于三重态可以轻松跳到单重态，接下来就是喜闻乐见的荧光发光了。
电子或空穴传输过程是由分子轨道决定的，能隙是和这些分子轨道的空间构型有关的。有的轨道接受电子，有的轨道接受空穴，如果通过设计减少这两种轨道的重叠，能隙就可以被缩小。
2012年合成的分子，把不同自旋的激发态间的能隙降低到0.08eV （Nature 492, 234 (2012)）。把这种分子用于OLED，发光效率20%。而这篇文章的工作是进一步设计新分子，把能隙降到0.02eV，室温就可完成激发（室温0.025eV）。