Stærk lys-stof-kobling i organiske krystaller

Organiske halvledere er en ny klasse af materialer til opto-elektroniske enheder såsom solceller og organiske lysemitterende dioder. Som følge heraf er det vigtigt at justere materialeegenskaber til specifikke krav som effektiv lysabsorption og emission, lange levetider for exciterede tilstande eller mere eksotiske egenskaber (såsom singlet fission). En af fordelene ved disse organiske halvledere i forhold til konventionelle uorganiske halvledere er, at der ved at ændre molekylernes design kan genereres mange forskellige egenskaber. For sin ph.d. forskning, udforskede Anton Berghuis skiftende materialeegenskaber ved hjælp af lys.

Fremskridt inden for nanofremstillingsteknikker muliggjorde strukturering af stof på skalaen af ​​lysets bølgelængde. Ved at gøre det kan interaktionen mellem lys og stof forbedres, hvilket fører til interessante nye egenskaber.

I sin ph.d. forskning, designede Anton Berghuis og hans samarbejdspartnere en nanostruktur bestående af sølvnanopartikler placeret i et rektangulært gitter, således at hulrummet understøtter resonanser i det optiske regime. Når den optiske resonans indstilles til excitonenergien i en organisk halvleder, kan lyset i hulrummet og excitonen interagere, når halvlederen placeres oven på hulrummet.

Når denne vekselvirkning er stærkere end gennemsnittet af tabene af excitonen og hulrummet, resulterer vekselvirkningen i en hybridisering af exciton- og hulrummets tilstand, og vi taler om det stærke koblingsregime. Hybridiseringen er beskrevet ved introduktionen af ​​en kvasipartikel kaldet exciton-polariton, med egenskaber for både excitonen og fotonerne i hulrummet.

Tre opdagelser

Berghuis har gjort tre opdagelser relateret til denne lys-stof-interaktion. Først viste han, at det er muligt at tune interaktionsstyrken mellem hulrummet og molekylerne ved at vælge orienteringen af ​​molekylerne i hulrummet. Dette gjorde det muligt at modificere absorptions- og emissionsspektrene for det koblede system.

For det andet observerede Berghuis, at tetracenmolekyler i hulrummet udsendte mere lys og udsendte lyset over en længere periode. Selvom signalet var en faktor 4 højere end uden for hulrummet, var den samlede emission stadig meget lav. Fænomenet er dog meget interessant og bør undersøges nærmere. Hvis emissionseffektiviteten kan forbedres yderligere, kan dette design anvendes i organiske lysemitterende dioder (OLED'er).

Til sidst undersøgte han transportlængden af ​​de koblede exciton-polaritoner, som er en meget vigtig egenskab for materialer, der anvendes i organiske solceller. Forskningen viste, at excitonpolaritonerne i hulrummet rejste op til 100 gange længere sammenlignet med ukoblede excitoner. Dette er et meget lovende resultat, men fremtidig forskning bør undersøge, om disse forplantede excitonpolaritoner (som delvist har en fotonisk karakter) kan overføres til andre molekyler. Hvis overførslen af ​​excitonpolaritonerne til andre molekyler virkelig er effektiv, åbner dette mulighed for at forbedre designet af organiske solceller, hvilket kan resultere i en længere levetid for solcellerne uden at miste effektiviteten.

Titel på Ph.D. afhandling:"Stærk lys-stof kobling i organiske krystaller." Vejledere:Jaime Gómez Rivas og Alberti González Curto. + Udforsk yderligere

Afslører nye tilstande i 2D-materialer