Ученые научились электрически переключать поляризацию света в OLED

Фотография OLED-устройства из исследования. Автор: Мэтт Фучтер, Оксфордский университет.

Исследователи из Оксфордского университета впервые обнаружили способ электрического переключения органических светодиодов (OLED) для излучения света с лево- или правосторонней круговой поляризацией без изменения самих светоизлучающих молекул. Это открытие может найти применение в различных технологических областях — от более энергоэффективных OLED-дисплеев до передачи оптической информации.

Свои результаты ученые описали в исследовании, опубликованном в журнале Nature Photonics.

Как контролируется поляризация света в OLED

Обычно направление круговой поляризации света в светодиодах контролируется выбором определенной зеркальной формы светоизлучающей молекулы внутри устройства. Эти зеркальные формы называются лево- или правосторонними, или хиральными, что можно сравнить с выбором направления закручивания штопора — влево или вправо.

Направление молекулы определяет направление поляризации излучаемого света. Это обязательно требует наличия обеих зеркальных форм молекулы, получение которых является сложным и дорогостоящим процессом.

Прорывной метод

Теперь команда из Оксфордского университета впервые показала, что обе формы циркулярно-поляризованного света — лево- и правосторонняя — могут быть получены с использованием всего одной зеркальной формы молекулы в OLED-устройстве.

Исследователям удалось переключать направление поляризации излучаемого света с помощью электрического сигнала, не меняя сам материал. Они достигли этого, разработав излучающие материалы, которые демонстрируют необычные эффекты при взаимодействии с циркулярно-поляризованным светом, в сочетании с тщательным контролем процесса рекомбинации электрических зарядов внутри устройства.

В зависимости от того, является ли транспорт зарядов сбалансированным или несбалансированным, устройство производит ту или иную зеркальную форму циркулярно-поляризованного света. Ключом к этому неожиданному результату стало использование в устройстве органического полимерного излучающего материала, который самоорганизуется в сильно скрученную структуру.

Потенциальное применение и влияние на будущее

Управление поляризацией света представляет особый интерес для современных и будущих технологий, включая энергоэффективные дисплеи, зашифрованные коммуникации и высокопроизводительные квантовые приложения. «Добавление круговой поляризации позволяет кодировать дополнительную информацию в световой сигнал», — поясняет профессор Мэттью Фучтер (факультет химии, Оксфордский университет), ведущий автор исследования.

«Вместо того чтобы ваш сигнал был просто «включен» или «выключен», он может быть дополнительно «включен-и-левый» или «включен-и-правый».

Предыдущие методы управления круговой поляризацией света в OLED основывались на разделении различных форм одной и той же молекулы — процесс трудоемкий, дорогой и плохо масштабируемый. Таким образом, этот новый подход представляет собой смену парадигмы в создании светодиодов с циркулярной поляризацией и управляемой поляризацией.

Что особенно важно, исследование команды демонстрирует новые фундаментальные связи между хиральностью молекулы и хиральностью света, обычно называемой оптической активностью.

Команда надеется, что это фундаментальное понимание физики хиральных органических материалов проложит путь к новым применениям в таких областях, как продвинутые дисплеи, системы безопасной связи и квантовые технологии.

Больше информации: Electrical control of photon spin angular momentum in organic electroluminescent materials, Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01780-4. www.nature.com/articles/s41566-025-01780-4.

Источник: University of Oxford