Valy Vardeny: Spintronic-OLEDs leuchten heller

Physiker an der Universität Utah in den USA haben eine Spintronic-OLED entwickelt, die heller sein soll als aktuelle OLEDs. Die Technik könnte es erlauben, OLEDs herzustellen, die abhängig vom angelegten Magnetfeld in unterschiedlichen Farben leuchten.

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Spintronic-OLED
Spintronic-OLED (Bild: Tho Nguyen)

Der von Valy Vardeny, Tho Nguyen und Eitan Ehrenfreund entwickelte Prototyp einer spin-polarisierten OLED leuchtet zwar nur orange, Vardeny geht aber davon aus, dass es seiner Forschungsgruppe gelingen sollte, innerhalb von zwei Jahren auch blaue und rote Spintronic-OLEDs herzustellen. Vardeny hält es auch für möglich, weiße Spintronic-OLEDs zu bauen.

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Noch gibt es aber ein großes Problem mit der Technik: Sie funktioniert nur bei Temperaturen unter -33° Celsius. Daher gehen die Forscher davon aus, dass es noch fünf Jahre dauern könnte, bis ihre OLEDs auf den Markt kommen, denn dazu müssen sie bei Raumtemperaturen funktionieren.

Dabei könnten die Spintronic-OLEDs Vorteile im Vergleich zur aktuellen Technik bieten: Sie leuchten heller und Vardeny hofft, damit auch OLEDs entwickeln zu können, die in mehreren Farben leuchten können, kontrolliert durch Änderungen im Magnetfeld.

Die Technik unterscheidet sich grundsätzlich von aktuellen Ansätzen: Zwar verwenden die Forscher organische Halbleiter, sie speichern aber nicht nur Daten anhand elektrischer Ladungen, sondern auch anhand des Elektronenspins. Dabei nutzen sie die von Vardeny und Kollegen entwickelte organische Spin-Klappe ("organic spin valve"), die sie so modifiziert haben, dass sie Licht emittiert. Das hat rund acht Jahre gedauert.

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Diese organische Spin-Klappe bestehen aus drei Schichten: eine organische Schicht, die als Halbleiter fungiert, sitzt zwischen zwei Metallelektroden, die Ferromagneten sind. Bei der neuen Spin-OLED wurde nun eine der ferromagnetischen Elektroden aus Cobalt hergestellt, die andere aus einem Verbundstoff namens Lanthanum-Strontium-Magnesium-Oxid. Die organische Schicht besteht aus einem mit Deuterium angereicherten Polymer. Dieses ist ein Halbleiter, der orange leuchtet.

Die ganze Diode hat eine Fläche von etwa 300 Mikron und ist 40 Nanometer dick. Mit niedriger Spannung werden negativ geladene Elektronen und positiv geladene Defektelektronen in den Halbleiter eingebracht. Wird dann ein magnetisches Feld an die Elektroden angelegt, kann der Spin der Elektronen und Defektelektronen im organischen Halbleiter so verändert werden, dass sie sich parallel oder antiparallel ausrichten. Treffen Elektronen auf Defektelektronen, wird Energie in Form von Licht emittiert. Die Lichtintensität hängt dabei vom Magnetfeld ab, nicht von der angelegten Spannung.

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