Les scientifiques ont créé la toute première carte 2D du champ Overhauser dans les LED organiques, mettant en lumière les défis auxquels nous sommes confrontés dans la conception de technologies quantiques précises
La télévision était autrefois connue sous le nom de “boîte à idiots”. Mais les LED organiques que l’on trouve dans les écrans plats modernes sont loin d’être stupides.
En fait, ils nous aident à dessiner une carte qui pourrait débloquer l’avenir quantique. Pas étonnant qu’ils s’appellent maintenant des téléviseurs intelligents.
Le concept émergent de détection quantique a le potentiel de surpasser la technologie existante dans des domaines allant de l’électronique et de la détection de champ magnétique à la microscopie, aux systèmes de positionnement global et à la sismologie.
En tirant parti de la mécanique quantique, de nouveaux appareils pourraient être conçus avec une sensibilité et des fonctionnalités sans précédent.
Mais pour que cela se produise, une meilleure compréhension est nécessaire du rôle joué par le spin, une propriété quantique fondamentale des particules subatomiques telles que les électrons.
Le spin d’un électron peut interagir avec d’autres spins à proximité via un processus appelé interaction hyperfine.
Dans les matériaux électroniques organiques, comme ceux utilisés dans les écrans OLED, un seul électron interagira avec les champs magnétiques produits par les nombreux spins nucléaires qui font partie de la molécule sur laquelle il repose. L’effet cumulatif est le champ d’Overhauser.
Jusqu’à présent, une seule valeur était utilisée pour décrire la force du champ Overhauser dans un appareil.
Cette approche est aveugle aux variations de spin locales et ne reflète pas sa véritable complexité, ce qui entraîne une incertitude quant à la manière de reproduire et de miniaturiser les dispositifs qui dépendent du comportement de spin.
Cherchant à résoudre cette incertitude, les chercheurs du Centre d’excellence ARC en science de l’excitation ont créé la toute première carte 2D montrant le champ Overhauser à l’œuvre dans les OLED.
L’équipe, basée à UNSW Sydney, a pu y parvenir en imageant les changements microscopiques de la luminosité magnétiquement améliorée d’une OLED grâce à l’utilisation de grands champs magnétiques, un effet connu sous le nom de magnéto-électroluminescence.
Ils ont réussi à résoudre ces variations jusqu’à l’échelle du micromètre (un millième de millimètre ou 0,001 mm) et ont pu cartographier la distribution spatiale de l’intensité du champ d’Overhauser.
Leurs résultats ont montré que cette propriété de spin critique variait d’au moins 30 % dans un polymère OLED stable et largement utilisé (SY-PPV), et de près de 60 % dans un dispositif à base de fluorescence à petite molécule (Alq3).
“Ces résultats montrent les défis considérables qui devront être surmontés dans les futures tentatives de miniaturisation fiable des technologies de détection à base organique pour des applications pratiques”, a déclaré le professeur Dane McCamey, qui dirige l’équipe de recherche de l’UNSW.
Le premier auteur de l’article, Billy Pappas, doctorant à l’UNSW Sydney, a déclaré : « La miniaturisation des dispositifs organiques est une étape importante dans la capacité de les intégrer dans des technologies quantiques fonctionnelles, ce qui leur permet ensuite d’être efficacement mis à l’échelle pour des applications industrielles et commerciales. .
“Mais s’il y a une grande variation de propriétés au sein d’un appareil, ce que nous avons observé, alors plus vous les réduisez, plus l’impact de cette variation sera important sur votre capacité à reproduire un appareil qui se comporte de la même manière.
“Si vous avez une variation de 30 % et que vous fabriquez deux petits appareils, ils se ressembleront, mais ils pourraient se comporter très différemment. Si vous voulez les utiliser pour la détection ou la logique, vous n’obtiendrez pas le mêmes résultats sur deux appareils par ailleurs identiques en raison de cette variation intrinsèque.”
Il a également été démontré que l’effet de champ Overhauser est « spatialement corrélé » (arrangé en un motif) à des longueurs allant jusqu’à environ sept micromètres. Cela ouvre la possibilité de fabriquer des dispositifs à une échelle de longueur où cette propriété de spin est très uniforme.
Bien que ce soient des informations utiles pour les futures tentatives de fabrication de dispositifs cohérents en spin, il y a un hic – le champ d’Overhauser n’est corrélé spatialement que pendant une certaine période de temps avant de changer sa distribution.
“Nous avons remarqué qu’il y a une composante temporelle”, a déclaré Billy.
“Donc, si vous zoomez et vous asseyez sur une région particulière et répétez ces mesures, vous verrez des grappes, mais elles évoluent en fait avec le temps, modifiant efficacement leurs distributions spatiales.
“Ces changements se produisent en une minute ou deux, il est donc très difficile de les cerner.”
La prochaine étape pour les chercheurs consiste à refroidir leurs OLED à des températures très basses à l’aide d’un cryostat pour éliminer les fluctuations thermiques, avant d’utiliser une technique appelée résonance magnétique détectée optiquement (ODMR) pour mesurer des fluctuations spatio-temporelles encore plus précises de ces propriétés de spin.
Le professeur McCamey note que “bien que ce travail mette en évidence certains des problèmes qui doivent être résolus pour produire des appareils de manière répétée, il est également incroyable que la technologie utilisée dans les écrans OLED commerciaux puisse être utilisée pour sonder ces effets quantiques subtils à température ambiante”.
