Les lasers organiques à solide sont essentiels pour les applications photoniques, mais les lasers entraînés par le courant sont un grand défi à développer en physique appliquée et en science des matériaux. Bien qu'il soit possible de créer des complexes de transfert de charge (c'est-à-dire des complexes donneurs d'électrons-accepteurs entre deux molécules ou plus ou à travers une grande molécule) avec des semi-conducteurs organiques de type p/n dans des lasers à pompage électrique, les difficultés existantes proviennent de la perte non radiative due aux états délocalisés de transfert de charge (CT). Dans un récent rapport, Kang Wang et une équipe de chercheurs des départements de chimie, la nanostructure moléculaire et la nanotechnologie en Chine ont démontré l'action durable des complexes CT par l'entonnoir d'excitons dans des microcristaux organiques de type p avec un dopage de type n.

Ils ont entouré des complexes CT formés localement contenant des bandes interdites étroites avec des hôtes de niveaux élevés d'énergie pour se comporter comme des systèmes de récolte de lumière artificielle. Ils ont capturé l'énergie lumineuse d'excitation résultante en utilisant des hôtes pour la transmettre aux complexes CT pour leur fonction d'entonnoir à excitons afin de bénéficier d'actions laser. Wang et al. attendez-vous à ce que les résultats préliminaires offrent une compréhension approfondie de l'entonnoir des excitons dans les systèmes de récolte de lumière pour développer des dispositifs laser organiques haute performance. Les nouveaux résultats sont maintenant disponibles sur Avancées scientifiques .

Les lasers à semi-conducteurs organiques qui fonctionnent sur tout le spectre visible suscitent un intérêt croissant en raison de leurs applications pratiques allant de la communication multibande aux affichages laser couleur. Bien qu'ils soient difficiles à atteindre, les lasers organiques à pompage électrique peuvent faire progresser la technologie laser existante pour rivaliser avec les diodes électroluminescentes organiques.

Wang et al. formé des complexes CT localisés en ajoutant une petite quantité d'accepteur/donneur d'électrons dans la matrice hôte donneur/accepteur d'électrons. La configuration contenait des complexes CT avec une bande interdite étroite, entouré par la matrice hôte avec des niveaux d'énergie élevés pour servir d'antennes de récolte de lumière artificielle. L'énergie lumineuse d'excitation récoltée produit des excitons, qui ont été transférés en aval vers les accepteurs pour fonctionner comme un "entonnoir d'excitation". Wang et al. a étudié le processus d'entonnoir des excitons dans les systèmes de récolte de lumière pour offrir des conseils pour la conception de matériaux optoélectroniques organiques à haute performance pour les lasers à pompage électrique.

Pour synthétiser les microcristaux collecteurs de lumière, Wang et al. utilisé une molécule cyano-substituée appelée OPV (pour oligo-(α-phénylènevinylène)-1, 4-bis(R-cyano-4-diphénylaminostyryl)-2, 5-diphénylbenzène) et fullerène (C 60 ). Les deux molécules ont rencontré des conditions où;

1. L'OPV est un semi-conducteur de type p typique avec un gain optique élevé, et
2. C 60 est un semi-conducteur de type n typique avec des mobilités électroniques élevées et de grandes sections efficaces d'absorption.

Ils ont introduit C 60 dans le VPO pour obtenir une capacité de récolte de lumière et équilibrer la mobilité du porteur. L'OPV et C 60 les interactions ont formé des complexes CT localisés avec une bande interdite rétrécie pour fonctionner comme des accepteurs dans le système de récolte de lumière. Wang et al. synthétisé les microcristaux d'OPV dopés avec des quantités contrôlables de C 60 utiliser l'auto-assemblage en phase liquide pour former de fortes interactions intermoléculaires et concevoir une structure unidimensionnelle, ce qu'ils ont confirmé à l'aide d'images de microscopie électronique à balayage (MEB).

Dans sa forme pure, le microcristal OPV présentait un aspect filiforme bien défini avec des surfaces lisses et plates. Lors de l'introduction de C 60, le microcristal résultant a conservé une morphologie similaire pour indiquer que C 60 n'a pas modifié de manière significative la morphologie des cristaux de VPO. Les scientifiques ont vérifié la structure des microfils cristallins à l'aide de spectres Raman, microscopie électronique à transmission (MET), diffraction électronique à zone sélectionnée (SAED) et diffraction des rayons X. Les résultats suggèrent une forte présence de VPO avec C 60 dopé dans ses matrices.

L'interaction entre C 60 et les molécules OPV ont généré un nouvel état CT, ce que Wang et al ont confirmé en utilisant des spectres d'absorption. Lorsqu'il est observé sous excitation ultraviolette (UV), le C 60 Les molécules @OPV ont montré une émission rouge, en contraste frappant avec l'émission jaune dans les microfils OPV purs et la non-luminescence dans le C 60 microfils. Les scientifiques ont identifié le nouvel état d'excitation CT de C 60 Cristaux @OPV utilisant la photoluminescence et calculé l'efficacité du transfert d'énergie pour montrer un potentiel d'entonnoir efficace entre les molécules et une accumulation d'énergie efficace dans les états CT des microcristaux de récolte de lumière.

Pour fournir un aperçu approfondi des systèmes de collecte de lumière au niveau des orbitales énergétiques, Wang et al. effectué des études théoriques et calculé l'orbitale moléculaire occupée la plus élevée (HOMO) et l'orbitale moléculaire inoccupée la plus basse (LUMO) des molécules séparées et le C 60 -Complexe OPV CT. Alors que la densité électronique HOMO de l'OPV était répartie sur l'ensemble de la molécule, LUMO était principalement localisé sur différents sites de la molécule. En utilisant les résultats expérimentaux et théoriques, Wang et al. a dessiné un diagramme énergétique de l'évolution des excitons dans un système de récolte de lumière et a observé le processus complet qui a formé les entonnoirs d'excitons.

Les chercheurs ont ensuite effectué des mesures laser pompées optiquement pour tester les performances laser dans les microfils de collecte de lumière à l'aide d'un système de micro-photoluminescence (micro-PL). Ils ont vérifié l'apparition de laser dans le C 60 @OPV microfils à différentes intensités de pompe et contrôlé l'émission des complexes CT en dopant des concentrations variables de C 60 dans les hôtes OPV. Les scientifiques pourraient régler les molécules de récolte de lumière dans le présent travail pour fournir une étape clé pour finalement synthétiser des diodes laser organiques dans d'autres études.

De cette façon, Kang Wang et ses collègues ont rendu compte de l'entonnoir des excitons et de l'émission stimulée dans les microcristaux semi-conducteurs organiques collectant la lumière. À l'aide de démonstrations théoriques et expérimentales, ils ont contrôlé les complexes CT pour un laser efficace et ont régulé l'émission de microcristaux collecteurs de lumière pour construire des micro-lasers accordables en longueur d'onde large. Alors qu'à l'heure actuelle, les résultats ne fournissent qu'un aperçu détaillé du processus d'entonnoir des excitons dans les systèmes de récolte de lumière pour permettre aux lasers organiques à commande électrique. Les résultats des travaux offrent une voie prometteuse pour développer des matériaux organiques efficaces et réaliser des lasers à commande électrique pour les écrans laser couleur à l'avenir.

© 2019 Réseau Science X