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オプトエレクトロニクス：二重項発光による高効率ラジカル発光ダイオード
Nature 563, 7732 doi: 10.1038/s41586-018-0695-9
次世代ディスプレイや能動照明向けの軽量でフレキシブルなユニットを作製するために、有機発光ダイオード（OLED）、量子ドットLED、ペロブスカイトLED、マイクロLEDが支持されてきた。すでにOLEDを用いたハイエンド商品も存在しているが、より広い影響を実現するOLED技術のためには、高い動作効率を維持したままコストを下げなければならない。今回我々は、発光が、一重項励起子や三重項励起子ではなくスピン二重項に起因するラジカルOLEDの高効率動作を実証する。これらのOLEDでも発光過程はスピン許容であるが、二重項の場合、三重項励起子によって課される効率制限が回避される。ラジカルルミネッセンス発光体を用いて、波長710 nmで最高外部量子効率が27％のOLEDが実証された。この効率は、深赤色LEDや赤外LEDについて報告された中で最高の値である。標準的な閉殻有機半導体では、正孔が最高被占分子軌道（HOMO）を、電子が最低空分子軌道（LUMO）を占め、これらが再結合して一重項励起子や三重項励起子を形成する。ラジカル発光体は、基底状態で半占分子軌道（SOMO）を持ち、全体でスピン1/2二重項となる。エネルギー的な根拠を基に予想されるように、もし電子と正孔が共にこのSOMO準位を占めるとすると、系は再結合によって基底状態に戻り、発光は起こらない。しかし、今回の非常に効率の高いOLEDでは、HOMOへの正孔注入とSOMOへの電子注入を選択的に行って蛍光二重項励起状態を形成し、1に近い内部量子効率が実現された。
