Organische p-geconjugeerde materialen zijn halfgeleidende materialen. Door deze eigenschap kunnen ze elektronen geleiden en licht absorberen en uitstralen. Deze eigenschappen hebben bijgedragen aan de ontwikkeling van een andere elektronica, organische elektronica, met als belangrijkste toepassingen organische lichtgevende diodes (OLED's), organische zonnecellen (OSC's) en veldeffecttransistoren (OFET's). Deze materialen worden ook gebruikt in mechanisch robuuste toepassingen die de weg vrijmaken voor het tijdperk van flexibele elektronica.

De eigenschappen van deze materialen worden niet alleen beschreven door de eigenschappen van geïsoleerde moleculen, maar hangen grotendeels af van hun eigenschappen in dunne films. In de praktijk vereist het ontwerp van geconjugeerde organische materialen met verbeterde eigenschappen een interdisciplinaire aanpak die de synthese van moleculen en polymeren, de karakterisering van hun eigenschappen in dunne films en de bereiding van apparaten omvat. Met de ontwikkeling van krachtige rekencentra zijn computerfysica en -chemie complementaire hulpmiddelen geworden voor materiaalkundige experimenten. Multischaalbenaderingen koppelen moleculaire en mesoscopische schalen door de volgende rekentechnieken te combineren:

• Quantumchemie (DFT of ab initio) om de elektronische eigenschappen en conformatie van kleine moleculen en geconjugeerde polymeren te karakteriseren.
• Moleculaire dynamica om de supramoleculaire organisatie van materialen te voorspellen.
• Kinetische modellen gebaseerd op snelheidsvergelijkingen, minimale elektronische structuurmodellen om opto-elektronische eigenschappen op mesoschaal te berekenen en stress-strain simulaties om mechanische eigenschappen te verkrijgen.

Bij het LPS passen we deze methodologieën toe op onderwerpen die verband houden met organische materialen en we hebben een interesse ontwikkeld in de volgende onderzoeksthema's:

• Ladingstransport in geconjugeerde polymeren. Door het ladingstransport te optimaliseren kunnen OFET's meer bewerkingen per tijdseenheid uitvoeren. [1]

[1] "Short Contacts Between Chains Enhancing Luminescence Quantum Yields and Carrier Mobilities in Conjugated Copolymers". T.H. Thomas, D.J. Harkin, A.J. Gillett, V. Lemaur, M. Nikolka, A. Sadhanala, J.M. Richter, J. Armitage, H. Chen, I. McCulloch, S.M. Menke, Y. Olivier, D. Beljonne, en H. Sirringhaus. Sirringhaus. Nature Communications 10 (2019) 2614.

• Onderzoek naar de optische eigenschappen van lichtgevende materialen met thermisch geactiveerde vertraagde fluorescentie (TADF) of doubletemissie. Deze materialen worden beschouwd als de nieuwe generaties emitters voor OLED's. [2]

[2] "Computationeel ontwerp van thermisch geactiveerde vertraagde fluorescentiematerialen: de uitdagingen voor de toekomst". Y. Olivier, J.C. Sancho Garcia, L. Muccioli, G. D'Avino, and D. Beljonne. Journal of Physical Chemistry Letters 9 (2018) 6149-6163.

• Studie naar de mechanische eigenschappen van p-geconjugeerde materialen. Fundamenteel begrip van de relatie tussen de mechanische eigenschappen van materialen en hun supramoleculaire organisatie. [3]

[3] "Ongebruikelijke elektromechanische respons in afzonderlijke kristallen van rubreen". M. Matta, M.J. Pereira, S.M. Gali, D. Thuau, Y. Olivier, A. Briseno, I. Dufour, C. Ayela, G. Wantz, en L. Muccioli. Materials Horizons 5 (2018) 41-50.

Yoann Olivier, membre du LPS, est également affilié à l'Institut NISM (Pôle de recherche HPC-MM). 

Sujets de thèse 

• Optimisation de l’efficacité de l'extraction de lumière au sein des diodes électroluminescentes organiques : Structuration de la couche émettrice à l’échelle moléculaire.
• Modélisation de la fluorescence thermiquement activée retardée (TADF) de composés émetteurs de lumière pour des applications dans les diodes électroluminescentes.
• Modélisation des propriétés mécaniques et de transport de charge au sein de polymères conjugués.
• Etude théorique des propriétés optoélectroniques d’émetteurs de lumière pour des applications en information quantique.