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News: Ladungsträger in Spin-OLED haben den Dreh raus

Neue orangene Spin-OLED

OLEDs, wie sie in Handy-, Kamera-Displays und Computerbildschirmen eingesetzt werden, könnten bald heller und damit umweltfreundlicher werden. Tho Nguyen von der University of Utah in Salt Lake City entwickelte eine sogenannte spin-OLED, deren Lichtintensität mit einem äußeren Magnetfeld geregelt werden kann. Herkömmliche OLEDs können dagegen nur mit einer höheren Betriebsspannung zum helleren Leuchten gebracht werden.

Neue orangene Spin-OLED | Die Spin-OLED (Bildmitte) gibt orange-farbenes Licht ab, wenn sie auf minus 33 Grad Celsius abgekühlt und ein Magnetfeld angelegt wird. Die Magnetfeldpole sind links und rechts der Diode zu sehen.

OLEDs leuchten durch Elektrolumineszenz: In einem halbleitenden organischen Material treffen Elektronen und Löcher zwischen zwei Elektroden aufeinander, werden zu Exzitonen und geben dabei Licht ab. Bei der Spin-OLED wurden die üblichen Metallelektroden durch zwei verschiedene Ferromagnete ersetzt. Dies erhöht die Effizienz unter bestimmten Umständen deutlich, sobald ein äußeres Magnetfeld angelegt wird: Im Magnetfeld richten sich die Spins der Elektroden parallel oder antiparallel zueinander aus und die Drehimpulse der Ladungsträger folgen diesem Kraftfeld in umgekehrter Richtung. Eine antiparallele Ausrichtung der Elektroden erhöhte die Anzahl der Exzitonen und damit die Lichtausbeute am deutlichsten, da sich die Spins der Ladungsträger parallel zueinander anordneten. Außerdem veränderte bei der Magneto-Elektrolumineszenz die Stärke des Magnetfeldes in diesem Bereich graduell die Lichtintensität.

Die spinpolarisierte OLED funktioniert durch eine besondere Kombination von Materialien: So verbauten die Forscher eine 25 Nanometer dicke Polymerschicht aus Polyphenylenvinylen (PPV), das mit Deuterium modifiziert wurde, um den Spintransport zu ermöglichen – auch dieser Kniff brachte eine höhere Lichtausbeute. Überdies fertigten die Wissenschaftler eine Elektrode aus Kobalt, für die andere wählten sie das Halbmetall Lanthan-Strontium-Magnesiumoxid. Nur so konnten die Elektroden unterschiedlich magnetisiert werden und sich die Spins der zwei unterschiedlichen Ladungsträger parallel ausrichten.

Eine dünne Beschichtung der Kobalt-Elektrode mit Lithiumfluorid erleichterte zudem die Injektion von Elektronen in das organische Molekül. Die Betriebsspannung, mit der positive und negative Ladungsträger mit Eigendrehimpuls in das PPV eingebracht wurden, erreichte so ähnliche Werte wie die konventioneller OLEDs.

Bisher konnten Nguyen und seine Kollegen orangenes Licht erzeugen, innerhalb der nächsten zwei Jahre wollen sie die Dioden nach dem gleichem Prinzip rot und blau leuchten lassen. Dazu sei nicht mal ein neues Polymer nötig, meinen die Forscher. Auch die Farbe würde sich durch die Änderung des Magnetfeldes regeln lassen. Einen großen Stolperstein gibt es allerdings noch: Die Spin-OLEDs funktionieren bisher nur bei minus 33 Grad Celsius. Für den Betrieb bei Raumtemperatur müssten andere Elektroden-Materialien und organische Moleküle getestet werden.

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