Molekylær orientering er nøglen:Nyt lys skinner på elektronadfærd ved hjælp af 2-foton fotoemissionsspektroskopi

Organisk elektronik er et felt, der har opnået betydelig interesse i akademiske og industrielle kredse på grund af dets potentielle anvendelser i OLED'er og organiske solceller, der tilbyder fordele såsom letvægtsdesign, fleksibilitet og omkostningseffektivitet. Disse enheder er fremstillet ved at afsætte en tynd film af organiske molekyler på et substrat, der fungerer som en elektrode, og fungerer ved at kontrollere overførslen af ​​elektroner mellem den tynde film og substratet.

Derfor er forståelsen af ​​elektronadfærd ved grænsefladen mellem substratet og den tynde film, kombineret med den organiske tyndfilms elektroniske egenskaber, afgørende for den videre udvikling af organisk elektronik. Desuden ville den samtidige observation af fotobærerelektroner og intramolekylær fotoexcitation give mere indsigt i tynde film af organiske molekyler.

Selvom de statiske elektroniske tilstande af tynde film af organiske molekyler er blevet undersøgt i detaljer ved hjælp af en teknik kaldet fotoelektronspektroskopi, har den nøjagtige påvisning af den dynamiske opførsel af elektroner, der forsøger at udtrykke deres funktioner i enheder, været udfordrende og hindret fremskridt.

En forskergruppe ledet af lektor Masahiro Shibuta fra Graduate School of Engineering ved Osaka Metropolitan University observerede den elektroniske adfærd og overfladestruktur af en tynd film af triphenylen (TP) molekyler aflejret på et grafitsubstrat ved hjælp af to-foton fotoemission (2PPE) spektroskopi , scanning tunneling mikroskopi og lav-energi elektron diffraktion. Resultaterne blev offentliggjort i The Journal of Physical Chemistry C .

Resultaterne viste, at TP-molekylerne udviser en særlig struktur, hvor de adsorberes i en stående konfiguration på substratet. Begge elektroner blev injiceret fra substratet ind i TP-molekylerne ved lysbestråling, og elektronerne foto-exciterede i den molekylære tynde film blev med succes observeret samtidigt i en enkelt prøve.

Derudover blev der også observeret stærk fotoluminescens på en tynd film med kun et lag af molekyler i en speciel struktur, hvor molekylerne blev adsorberet diagonalt på substratet, som i tilfældet med TP-molekylerne. Det forventes, at disse resultater vil bidrage til udviklingen af ​​nye selvlysende materialer og til den videre udvikling af funktionelle organiske elektroniske enheder.

"2PPE-spektroskopi er stadig en ny metode til at evaluere elektroniske tilstande, men den lider under det faktum, at de elektroniske tilstande nogle gange er godt observeret og nogle gange ikke, på trods af den tidskrævende karakter af den veloptimerede måling," sagde professor Shibuta.

"Vores resultater fremhævede, at synligheden af ​​den elektroniske tilstand er tæt forbundet med molekylets adsorptionstilstand på substratet og dets elektroniske egenskaber. Med andre ord:Ikke kun typen af ​​molekyler, men også måden, de er arrangeret på, skal kontrolleres ordentligt. at skabe en enhed, der fuldt ud kan fremvise deres funktioner. Jeg er glad for, at vores forskning giver indsigt i udviklingen af ​​funktionelt materiale til praktiske anvendelser."

Flere oplysninger: Shuto Nojima et al., Undersøgelse af fotobærerelektroner og excitoner ved en organisk monolagsfilm studeret af Two-Photon Photoemission Spectroscopy, The Journal of Physical Chemistry C (2024). DOI:10.1021/acs.jpcc.3c07596

Leveret af Osaka Metropolitan University