Els oligòmers i polímers orgànics conjugats funcionals constitueixen un interessant grup de materials per a la seua aplicació en dispositius optoelectrònics. La combinació de les propietats mecàniques (és a dir, la plasticitat i la processabilitat) amb les seues propietats elèctriques i òptiques sintonitzables (conductivitat, fotoluminiscència i electroluminescència) els converteix en components molt atractius, la qual cosa permet crear pel·lícules fines flexibles de baix cost per a díodes emissors de llum (LED), làsers, pantalles, cèl·lules fotovoltaiques, detectors o transistors d'efecte de camp (FET). En els últims 20 anys, alguna cosa que va sorgir com un camp prometedor per a nous materials i aplicacions ha evolucionat fins a convertir-se en una vertadera indústria amb productes comercials en el mercat.

El rendiment dels dispositius de base orgànica depén de diversos processos complementaris que tenen lloc en la capa activa, com l'absorció òptica, la migració i l'emissió d'energia, així com la generació, el transport i la recombinació de càrregues. Per a comprendre aquests processos, és necessari adquirir un coneixement profund de la naturalesa i propietats dels materials de la capa activa. Això té a veure amb les propietats moleculars intrínseques, és a dir, la naturalesa i la flexibilitat (torsional) de la columna vertebral molecular, la longitud de conjugació efectiva i el patró de substitució, però també amb la disposició específica de les molècules en la capa, que al seu torn està controlada per les seues propietats intrínseques. La sistematització de la relació entre l'estructura molecular i les seues propietats electròniques i òptiques és, doncs, el punt de partida en el disseny racional de nous materials amb propietats millorades.

El disseny de materials abans de la síntesi s'ha convertit en un tema important en la ciència dels materials, on la teoria treballa mà a mà amb la química, la física i la tecnologia de dispositius en un enfocament multidisciplinari. En els últims 10 anys s'ha produït una ràpida evolució dels mètodes de química quàntica per a la predicció fiable de les propietats dels materials, juntament amb l'augment de les capacitats informàtiques. No obstant això, per a obtindre resultats significatius és necessari un coneixement profund de les possibilitats i els límits dels diferents mètodes de la química quàntica, que només proporcionen els especialistes, però que treballen en un entorn interdisciplinari. El conjunt d'eines metodològiques abasta des de mètodes semiempírics rendibles, passant per enfocaments basats en el funcional de la densitat, fins a diferents mètodes ab-initio, fent ús de diversos paquets de química quàntica per a explotar tot l'espectre de la descripció teòrica fiable. Amb el coneixement del mètode químic-quàntic adequat a mà, és possible determinar amb precisió les espècies neutres i carregades de les molècules orgàniques conjugades en el seu estat bàsic i excitat. Es tracta de la geometria i la conformació molecular, els espectres vibracionals ANAR i Raman, l'energia i la topologia dels orbitals, l'afinitat dels electrons i els potencials de ionització, l'energia, així com la intensitat i les propietats vibròniques de les transicions electròniques. De la mateixa manera, els efectes intermoleculars poden tractar-se per a extraure els acoblaments excitònics i electrònics per a modelar els espectres de l'estat sòlid i les propietats de transport d'energia i càrrega, convertint-se així en un instrument indispensable en el disseny de materials.

Col·laboradors/es

• Johannes Gierschner - Instituto Madrileño de Estudios Avanzados (IMDEA)

Equip de treball

• Junquing Shi - Instituto Madrileño de Estudios Avanzados (IMDEA)

Activitats d'investigació