Exciplex-emission observeret over meget længere afstande end tidligere antaget muligt

Lysemitterende exciplex-komplekser kan dannes over langt større afstande end nogensinde antaget, et RIKEN-ledet hold har vist. Denne opdagelse kan føre til meget følsomme sensorer og fotodetektorer.

Et exciplex er et kompleks i exciteret tilstand dannet mellem et molekyle, der donerer elektroner, og et molekyle, der accepterer elektroner. Exciplexer er generelt af interesse for deres gunstige lysemissionsegenskaber. I særdeleshed, den exciterede tilstand er let i stand til at gennemgå en proces, der øger effektiviteten af ​​organiske lysdioder (OLED'er).

De to molekyler skal normalt være inden for et par nanometer fra hinanden, for at et exciplex kan dannes. Imidlertid, ved at placere elektrondonoren og elektronacceptoren på hver side af et spacerlag, Yong-Jin Pu fra RIKEN Center for Emergent Matter Science og hans samarbejdspartnere har skabt exciplexes, når donor og acceptor er op til 70 nanometer fra hinanden.

Holdet startede med et afstandslag på 10 nanometer tykt, og øgede derefter tykkelsen i trin på 10 nanometer. Bemærkelsesværdigt, exciplex-lysemission blev stadig set, selv når afstandsstykkets tykkelse nåede 70 nanometer.

"Vi forsøgte at skabe en ny og unik exciplex-tilstand, hvor elektrondonormolekylet og elektronacceptormolekylet er adskilt af et tykt spacerlag, " Pu forklarer. "Opdagelsen var en stor overraskelse - afstandsstykket var meget tykkere end de 10 nanometer afstandsstykker, der tidligere er rapporteret. Den exceptionelle tykkelse går langt ud over tidligere forudfattede meninger."

Holdet brugte fire forskellige elektrondonormolekyler til at demonstrere, at lysemissionen virkelig var fra exciplex-dannelse. "Typen af ​​donormolekyle skal påvirke emissionsbølgelængden af ​​exciplexet, på grund af ændringen i energiforskellen mellem donor og acceptor, " forklarer Pu. Emissionerne varierede lige som forventet, bekræfter dannelsen af ​​exciplexes.

Selvom mekanismen bag en sådan langdistance-exciplex-dannelse endnu ikke er godt forstået, spacerlaget spiller en vigtig rolle, siger Pu. Spaceren danner en exciplex-tilstand med donormolekylet og også med acceptormolekylet, mistænker forskerne (fig. 1). "Spacer-molekylet opfører sig som en acceptor for donormolekylet, og opfører sig samtidig som donor til acceptormolekylet, " siger Pu. "Vi forsøger nu at forstå mekanismen og den skjulte fysik af denne langdistance exciplex-formation og dens emission."

Holdet overvejer også mulige anvendelser af deres overraskende opdagelse, som kan ligge uden for de sædvanlige OLED'er. "Vi forventer, at denne helt nye exciplex kan føre til meget følsomme sensorer eller fotodetektorer for ekstern stimulus, " siger Pu.