Couche par couche : comment les simulations aident à la fabrication d'écrans modernes
Les matériaux modernes doivent être recyclables et durables. L'électronique grand public ne fait pas exception, avec les diodes électroluminescentes organiques (OLED) qui envahissent les téléviseurs modernes et les écrans des appareils portables. Cependant, le développement de matériaux appropriés - de la synthèse de molécules à la production de composants d'affichage - prend beaucoup de temps. Des scientifiques dirigés par Denis Andrienko de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères et Falk May de Display Solutions chez Merck ont maintenant mis au point une méthode de simulation qui pourrait accélérer de manière significative le développement de nouveaux matériaux.
Un contraste élevé et une faible consommation d'énergie sont les principales caractéristiques des diodes électroluminescentes organiques innovantes. Les OLED utilisent des films minces de molécules organiques, c'est-à-dire des molécules contenant du carbone, pour atteindre ces objectifs. Les matériaux à base de silicium actuellement utilisés dans d'autres dispositifs semi-conducteurs, tels que les transistors, peuvent également être remplacés par des équivalents organiques. Le défi consiste à adapter les propriétés des nouveaux matériaux. L'approche par essais et erreurs consistant à synthétiser et à déposer des couches minces dans différentes combinaisons n'est pratiquement pas réalisable : une OLED typique se compose de plusieurs couches minces individuelles, chacune d'entre elles pouvant être constituée de différents matériaux.
Dans cette situation, les simulations informatiques se sont avérées très utiles. Par exemple, les calculs de chimie quantique permettent de prédire les propriétés électroniques des molécules individuelles avant qu'elles ne soient synthétisées. Cependant, prédire les propriétés des assemblages de molécules, c'est-à-dire leur disposition dans des couches minces, reste un défi. La difficulté réside dans le fait que ces arrangements dépendent des conditions de traitement, par exemple de la vitesse de dépôt, c'est-à-dire du nombre de molécules par seconde qui se déposent sur la surface du film. Le traitement influence fortement la façon dont les molécules sont disposées les unes par rapport aux autres dans le film, le caractère lisse de la surface, son indice de réfraction, etc.
Des équipes dirigées par Denis Andrienko, chef de groupe au MPI pour la recherche sur les polymères, et Falk May de Merck ont maintenant mis au point une nouvelle approche pour prédire les morphologies des couches organiques.
L'objectif était de surmonter la charge de calcul liée à la simulation du processus de dépôt, qui devrait en principe prendre en compte chaque atome d'une molécule. Cela impose un pas de temps maximal de l'ordre de la femtoseconde, c'est-à-dire du millionième de milliardième de seconde, qui est nécessaire pour décrire le mouvement moléculaire. Le dépôt du film peut cependant prendre de quelques minutes à quelques heures. "Même avec les capacités de calcul actuelles, une telle simulation n'est pas réalisable", explique Denis Andrienko. "Nous avons donc choisi une approche différente : Nous omettons les détails inutiles". Dans les modèles, les molécules ne sont pas décrites au niveau atomique, mais sont "grossies".
Cette méthode, appelée "coarse-graining", accélère les simulations en réduisant la friction entre les molécules à gros grain, ce qui permet d'espacer les étapes de la simulation. Une simulation peut désormais être achevée dans un délai raisonnable et permet de faire des prédictions sur l'agencement des molécules dans le film. Dans les expériences, il faudrait beaucoup plus de temps pour fabriquer et tester les molécules individuelles.
L'équipe, qui a récemment publié ses résultats dans la revue Advanced Energy Materials, espère que la technique de simulation accélérera le développement de nouveaux matériaux optoélectroniques organiques.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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