Dans toutes les découvertes scientifiques des films, un scientifique observe quelque chose d'inattendu, raye le côté de son front et dit « hmmmmm ». Dans un tel moment de la vraie vie, les scientifiques du Canada ont observé des éclairs inattendus de lumière verte incurvée d'un polymère émettant de la lumière rouge au-dessus de sa surface. Les flashs rappelaient les arcs colorés que les aurores prennent au-dessus des pôles de la Terre, fournissant un indice sur leur provenance.
Leur étude qui en résulte sur le nouveau phénomène pourrait trouver des applications pour comprendre les échecs des matériaux en polymère et plus encore. Leur travail a été publié dans Lettres d'examen physique.
Jun Gao, professeur et président de la physique d'ingénierie au département de physique de l'ingénierie et de l'astronomie de l'Université Queen's en Ontario, au Canada, et un étudiant diplômé Dongze Wang étudiait les performances de semi-conducteurs appelés cellules électrochimiques émettantes en polymère, ou Plecs.
Une excroissance des travaux sur les polymères conducteurs qui ont remporté le prix Nobel de chimie 2000 par Alan Heeger, Alan G. Macdiarmid et Hideki Shirakawa, les PLEC sont des semi-conducteurs biologiques avec un côté dopé pour créer un semi-conducteur de type N-Type avec un excès d'électrons.
Dans son fonctionnement normal, une tension appliquée fait migrer les électrons à travers le matériau et remplir les trous, créant des émissions de lumière rouge.
Les PLEC utilisés par l'équipe étaient dans des configurations planes, pas une configuration de type sandwich. Wang et Gao enquêtaient sur les dommages « beaux » (selon les mots de Gao) dans des PLEC appelés « arbre électrique », où les branches en forme d'arbres clignotent à travers le polymère, créant des vides qui perturbent ses performances.
Pour amplifier cet arbre, ils ont refroidi un PLEC à 200 K (-73 ° C) et ont augmenté et inversé la tension appliquée jusqu'à 1000 volts, avec le contact négatif du côté de type P et le contact positif du côté N, créant un biais inverse. « Un arbre électrique important s'est produit, avec une lumière rouge orange de la cime des arbres », a déclaré Gao à Issues.fr.
« Nous pensions que l'excitation du polymère émettant de la lumière Meh-PPV provoquait la lumière rouge orange », a déclaré Gao. Le MEH-PPV est un dérivé soluble de polyphénylène vinylène qui est largement utilisé comme émetteur de lumière dans les diodes émettantes en polymère (LED). Ils ont confirmé que cette lumière était due à une excitation en prenant des mesures spectrales des émissions.
« Nous n'étions pas préparés, cependant, » se souvient Gao, « car le feu vert clignote, car Meh-PPV n'émet pas de lumière verte. »
En regardant des images du PLEC, ils ont remarqué des flashs étranges et légèrement arcés de lumière verte juste au-dessus de l'électrode latérale de type N, sans lumière rouge de l'autre côté. L'augmentation de la tension entre les électrodes a augmenté le nombre et la durée des arcs.
Ces flashs pourraient s'étendre bien au-delà des bords des électrodes, qui ont exclu le film polymère comme source d'émission, et la légère courbure des flashs de lumière a soulevé la possibilité que des particules soient pliées dans un champ magnétique.
« (SO) Nous avons trouvé un petit disque magnétique permanent dans le laboratoire et l'avons placé près du PLEC à l'épreuve », a déclaré Gao, « où nous avons vu une déviation importante de la lumière verte ».
Ils ont collecté ces images dans une vidéo qui, selon GAO, « lorsqu'il est joué en arrière, la lumière verte clignotante ressemblait à une aurore de couleur et de forme. » Ils ont déterminé le rapport charge / masse de ces particules en mesurant le rayon de courbure des arcs, un processus simple souvent effectué dans les expériences de laboratoire de physique de première année, et ont trouvé qu'il correspondait au rapport E / M de l'électron.
Leur enquête a déterminé que les électrons sont émis dans l'espace libre par un mécanisme appelé « émission de champ » à partir des pointes pointues des cimes électriques.
Wang et Gao postulent que les éclairs verts sont causés par des flux d'électrons bombardant et excitant une vapeur émettant de lumière inconnue en vol, éventuellement des gaz du polymère détérioré. La vapeur émettrice de lumière est composée de fragments de MEH-PPV libérés dans le processus d'arborescence électrique.
Les fragments de MEH-PPV courts émettent des longueurs d'onde plus courtes (le vert a une longueur d'onde plus courte que le rouge et l'orange) car les porteurs de charge sont plus confinés dans l'espace, entraînant une plus grande séparation d'énergie entre les transitions optiques.
C'est la première fois qu'un polymère dopé est considéré comme un émetteur fort d'électrons libres, bien qu'à une température relativement froide. GAO dit qu'un émetteur d'électrons en polymère pourrait être utilisé dans un écran d'émission de champ comme source d'électrons.
Leur travail montre également une nouvelle méthode pour visualiser le chemin de vol électronique et calculer son rapport charge / masse lorsqu'il est dévié avec un champ magnétique connu.
Les caractéristiques spectrales de l'émission de lumière fournissent des indices importants sur les produits de dégradation des films polymères, selon GAO, et il permet d'identifier des composés inconnus via « la spectroscopie de dégradation électrique » et donne un moyen de mesurer la résistance du film polymère à une contrainte électrique intense.
Enfin, GAO a noté: « Il peut s'agir d'un appareil tout-en-un unique pour éduquer les jeunes scientifiques sur de nombreux concepts de physique, tels que le dopage, la jonction PN, la génération de lumière et les particules chargées. » Peut-être qu'un jour vous pourriez même en voir un dans les films.
