Машинное обучение продолжает менять правила игры в науке, избавляя исследователей от необходимости проводить долгие и дорогостоящие рутинные вычисления. На этот раз алгоритмы помогли совершить прорыв в создании материалов для OLED-панелей нового поколения — ярких, энергоэффективных и доступных в производстве. Синий цвет в OLED-матрицах традиционно был «ахиллесовой пятой» технологии: из-за высокого уровня энергии возбуждения такие пиксели быстрее деградируют и обладают меньшей эффективностью по сравнению с красными или зелеными аналогами.
Исследователи из Нагойского и Кюсюского университетов (Япония) применили комбинацию машинного обучения и методов квантовой химии, что позволило оперативно найти новые органические материалы для синих пикселей. Ученые представили два соединения — Cz-PAH-1 и Cz-PAH-2. Их ключевое преимущество заключается в отсутствии в составе бора, а также в способности излучать свет с высокой чистотой спектра и эффективностью преобразования энергии.
В стандартных OLED-панелях при флуоресценции свет излучают только синглетные состояния (около 25% экситонов), в то время как остальные 75% — триплеты — переходят в тепловую энергию. Современные материалы с термически активированной замедленной флуоресценцией (TADF) решают эту проблему, однако они почти всегда базируются на каркасах из бора, которые сложны и дороги в синтезе.
Японские ученые сделали ставку на молекулы, состоящие исключительно из углерода, водорода и азота. Для этого была создана виртуальная база из 19 000 вариантов молекул. Чтобы не тратить ресурсы на квантово-химический расчет каждой структуры, исследователи отобрали случайную выборку из 1000 соединений для обучения ИИ. После этого нейросеть проанализировала остальные 17 000 молекул. Из них были отобраны 50 наиболее перспективных кандидатов для углубленного квантового моделирования, что в итоге позволило выбрать две лучшие структуры. Такой подход кратно сократил затраты на лабораторные исследования.
Тестирование показало впечатляющие результаты: оба материала продемонстрировали узкополосное излучение с шириной спектра на половине максимума 17–19 нм. Квантовый выход фотолюминесценции составил 93–99%. В частности, образец на базе Cz-PAH-1 близок к цветовому охвату стандарта Rec. 2020, а материал Cz-PAH-2 показал максимальную внешнюю квантовую эффективность на уровне 35,2%.
Авторы исследования подчеркивают, что этот метод «цифрового ускорения» — от генерации структуры на ПК до синтеза и проверки в лаборатории — можно масштабировать. В будущем он поможет быстрее создавать новые материалы для солнечных панелей, современных катализаторов и высокоемких аккумуляторов.
