Изкуственият интелект отново удари рамо на учените, като замени скъпоструващите рутинни изчисления с интелигентно търсене. Този път технологията помогна при определянето на материалите за сините OLED от ново поколение – ярки, ефективни и достъпни за производство. Сините OLED пиксели винаги са били проблем, тъй като работят с по-високи енергии на възбуждане в сравнение с червените и зелените, което ограничаваше ефективността и дълготрайността на сините светодиоди на органични материали.

За пробива съобщиха японски учени от университетите в Нагоя и Киушу. Те съчетаха машинно обучение с квантово-химични изчисления, което доведе до ускореното откриване на два нови органични материала за сини OLED пиксели. Съединенията Cz-PAH-1 и Cz-PAH-2 не съдържат бор, отличават се с тесен (чист) спектър на излъчване и са способни да осигурят висока ефективност при преобразуването на електрическа енергия в светлина.

При обикновената флуоресценция светлина (фотоните) могат да излъчват само синглетните възбудени състояния (системи от две частици), които съставляват приблизително 25% от всички образуващи се екзитони в синия пиксел, докато останалите 75% се падат на триплетите, които са безполезни за тази цел. С други думи, енергията на пиксела се превръща не в светлина, а в топлина. Триплетите могат да бъдат накарани да светят чрез материали с термично активирана забавена флуоресценция (TADF). Неудобството е, че TADF обикновено се основават на бор, чийто синтез остава сложен и скъп.

Вместо бор учените решиха да използват съединения на въглерод, водород и азот. Въз основа само на тези вещества те създадоха виртуална библиотека от над 19 000 молекули. Изчисляването на всяка една от тях чрез квантовата химия беше нереалистично, затова за подробните изчисления изследователите избраха на случаен принцип само 1000 от тях и обучиха AI въз основа на тази извадка. Моделът самостоятелно оцени над 17 000 молекули с достъпни триизмерни структури. От тях 50 кандидата бяха изчислени отново с помощта на квантовата химия и за синтез бяха подбрани двете най-перспективни молекули. Целият анализ на масива от 19 000 молекули се свеждаше до свръхточни изчисления на 1050 кандидата, което значително спести средства на учените.

И двата материала показаха теснолентово синьо излъчване с ширина на спектъра на половината от максимума от едва 17-19 нанометра, което съответства на висока чистота на цвета. Квантовият изход на фотолуминесценцията в тънките слоеве достигна 93–99%. OLED пикселът на Cz-PAH-1 се доближи по цветово представяне до стандарта за свръхвисока разделителна способност Rec. 2020, а пикселът с Cz-PAH-2 демонстрира максимална външна квантова ефективност от 35,2%.

Перспективите на изследването надхвърлят откриването на материал за сини OLED. Авторите считат, че създаденият от тях цикъл на търсене на материали – от генерирането на молекули на компютър и подбор чрез изкуствен интелект до синтеза и тестването на готовия елемент може да се използва за ускорено търсене на други органични материали с огромно количество възможни структури. Това ще ускори откритията в областта на акумулаторите, катализаторите, слънчевите панели и в други области, което може само да се приветства.