Dönen Moleküller Daha Parlak Bir Gelecek Oluşturabilir

Bilim insanları, on yıllardır görüntüleme teknolojilerinin performansını engelleyen bir ikilemin çözülmesini sağlayacak bir grup malzeme keşfettiler. Bu çalışma, yeni nesil yüksek verimli aydınlatma sistemlerinin geliştirilmesine yol açabilir. Dünyanın elektrik enerjisinin beşte biri ışığın üretilmesi için kullanıldığından, araştırmada ekran ve aydınlatma uygulamalarında enerji tasarrufu konseptlerinin geliştirilmesine odaklanıyor.

Science dergisinde yayımlanan çalışmada, bilim insanları, daha önce ulaşılmış olandan çok daha hızlı bir şekilde ışığı yayabilme özelliğine sahip döndürülebilir molekülleri kullanan yeni bir tip malzemenin nasıl geliştirildiğini tanımladılar. Bu malzeme sayesinde akıllı telefon ekranları, televizyonlar ve oda ışıkları şu anda pazarda yer alan karşılıklarına göre çok daha enerji tasarruflu, parlak ve uzun ömürlü olabilir.

Bu yeni tür malzemenin ilk gösteriminin, on yıllar içerisinde gelişen teknolojilerin performansını geçebilmesi oldukça şaşırtıcı. Eğer keşfedilen etki spektrum ile ilişkilendirilebilirse, ışığı üretme yöntemimizi değiştirme potansiyeline sahip. Moleküler malzemeler, modern organik ışık yayan diyotların yani OLED'lerin arkasındaki itici güçtür. 1980’lerde icat edilen bu cihazlar, içlerindeki organik (karbon temelli) moleküllere elektrik uygulandığında ışık yayarlar. OLED aydınlatma teknolojileri şu anda yaygın bir şekilde televizyonlarda, bilgisayarlarda ve cep telefonlarında kullanılıyor. Fakat bu teknolojinin elektrik enerjisini ışığa çevirmede sınırlı verimliliğe sahip olması, aşılması gereken temel bir problem.

Bu moleküllerden elektrik akımının geçmesi sonucunda, moleküller uyarılmış faza geçiyorlar. Fakat bu moleküllerin yalnızca ışığı hızlı yayabilen %25’i aydınlık faza geçebiliyor. Geri kalan %75’i karanlık fazda kalıyorlar ve genellikle enerjilerini ısı olarak harcıyorlar. Dolayısıyla OLED cihazların verimliliklerini sınırlandırıyor. Bu işleyiş biçiminde, tıpkı eski tip filaman ampullerde olduğu gibi ışıktan daha fazla ısı üretiliyor. Sorun, ‘spin’ olarak adlandırılan kuantum özellikten ve karanlık fazların yanlış tipte olmasından kaynaklanıyor.

İlgili sorunun üstesinden gelmek için geliştirilen bir yaklaşımda, spinlerini değiştirmelerine yol açarak karanlık fazların ışık yaymasını sağlayan iridyum gibi nadir elementlerin kullanılması öneriliyor. Fakat bu süreç oldukça uzun; bundan dolayı karanlık fazlara sıkışan enerji zarar verici seviyelere kadar yükselip OLED’in kararsız hale gelmesine yol açabiliyor. Bu, bütün renklerden daha fazla enerjiye sahip olan mavi ışığı yayan malzemeler için problem teşkil ediyor. Yani pratikte bu yaklaşım kullanılamıyor.

Geliştirilen yeni malzemede ise, iki farklı organik molekül bakır ya da altın atomu ile birbirlerine bağlanıyor. Elde edilen molekülün yapısı pervaneyi andırıyor. Halihazırda var olan malzemelerden basitçe üretilebilen bu bileşikler, şaşırtıcı bir şekilde parlak. Bu yapının pervanelerinin rotasyonu ile, bu malzemenin üzerinde oluşan karanlık fazlar bükülebiliyor ve spinlerini hızlı bir şekilde değiştirebiliyorlar. Bu işlem, ışığa çevrilen elektrik enerjisini ciddi oranda artırıyor. Öyle ki, verimlilik nerdeyse %100’e kadar yükseliyor ve karanlık fazların vereceği zararlar engelleniyor.

Kaynaklar: https://bilimfili.com/donen-molekuller-daha-parlak-bir-gelecek-olusturabilir-bilimfili, http://www.cam.ac.uk/research/news/rotating-molecules-create-a-brighter-future