capa tras capa

Las moléculas se vaporizarán y se acumularán en una superficie — este paso de producción en la fabricación de componentes orgánicos podría ahora predecirse en la computadora mediante un nuevo método de simulación.

Los componentes orgánicos no solo están en boca de todos gracias a los televisores modernos con diodos orgánicos emisores de luz (OLEDs). Sin embargo, el desarrollo de nuevos sistemas de materiales sostenibles y novedosos, desde la fabricación de las moléculas necesarias hasta la producción de componentes funcionales, sigue siendo un proceso que requiere mucho tiempo. Científicos y científicas como Denis Andrienko del Instituto Max-Planck de Investigación en Polímeros y Falk May de Display Solutions en Merck han desarrollado un método de simulación que podría acelerar significativamente la búsqueda de componentes orgánicos adecuados.

Altos contrastes, bajo consumo de energía – esas son las propiedades de los diodos orgánicos emisores de luz innovadores. En estos, se utilizan moléculas orgánicas, es decir, moléculas que contienen carbono. Pero también otros componentes, que actualmente se fabrican por ejemplo a partir del semiconductor silicio, como los transistores, podrían en el futuro ser reemplazados por elementos orgánicos.

Sin embargo, existen varios desafíos: la síntesis de las moléculas correspondientes, así como la posterior fabricación de capas delgadas del material adecuado. Esto es necesario porque los componentes orgánicos típicos constan de varias capas delgadas diferentes de materiales distintos.

Mientras que las propiedades electrónicas de las nuevas moléculas pueden predecirse antes de la síntesis mediante métodos de simulación adecuados, predecir cómo se comportará la molécula durante la fabricación de capas delgadas es un desafío: ¿Cómo se acomodan varias moléculas? ¿Muestran una orientación relativa? ¿Qué tan lisa será la superficie? ¿A qué velocidad deben vaporizarlas – es decir, cuántas moléculas por segundo deben depositarse en una superficie?

Para predecir la fabricación de las capas, equipos liderados por Denis Andrienko, jefe de grupo en el MPI para Investigación en Polímeros, y Falk May de Merck, han seguido un enfoque novedoso. La dificultad en la simulación del proceso de vaporización es que, en principio, cada átomo de la molécula a simular debería considerarse. Para obtener resultados precisos, se requieren capacidades computacionales enormes: la molécula debe representarse espacialmente en el ordenador de manera adecuada para modelar cada átomo. Y también, en términos de tiempo, se necesitan pasos mínimos en el orden de 2 femtosegundos – es decir, 2 millonésimas de millonésima de segundo – para predecir los movimientos moleculares con precisión.

„Incluso con las capacidades computacionales actuales, una simulación así no es realizable de manera eficiente“, dice Denis Andrienko. „Por eso, hemos optado por otro camino: ¡No miramos tan de cerca!“. En los modelos que Andrienko y su equipo utilizan, las moléculas no se representan a nivel atómico, sino que se ‘amplían“. Este método – llamado coarse graining – representa más un ‘cajón que llena la molécula“ que la molécula en sí misma.

Esto acelera enormemente las simulaciones. Por un lado, ya no es necesario resolver en un nivel tan alto de detalle espacial, y por otro, la reducción de los grados de libertad permite saltos de tiempo mayores entre pasos de simulación. De esta manera, se puede realizar una simulación en un tiempo mucho menor y ya proporciona declaraciones cualitativas y cuantitativas importantes sobre la molécula. En el experimento, la fabricación y prueba de las películas moleculares individuales puede llevar varias veces más tiempo.

El equipo, que publicó recientemente los resultados en la revista „Advanced Energy Materials“, espera que la metodología de simulación utilizada pueda simplificar y acelerar significativamente la fabricación de nuevos componentes.