Lasers de estado sólido orgânicos são essenciais para aplicações fotônicas, mas os lasers movidos a corrente são um grande desafio para o desenvolvimento em física aplicada e ciência dos materiais. Embora seja possível criar complexos de transferência de carga (ou seja, complexos doador de elétrons-aceitador entre duas / mais moléculas ou através de uma molécula grande) com semicondutores orgânicos do tipo p / n em lasers eletricamente bombeados, as dificuldades existentes surgem de perdas não radiativas devido aos estados deslocalizados de transferência de carga (CT). Em um relatório recente, Kang Wang e uma equipe de pesquisadores dos departamentos de química, A nanoestrutura molecular e a nanotecnologia na China demonstraram a ação duradoura dos complexos CT por afunilamento de excitons em microcristais orgânicos do tipo p com dopagem do tipo n.

Eles cercaram complexos de TC formados localmente contendo bandgaps estreitos com hospedeiros de altos níveis de energia para se comportar como sistemas artificiais de captação de luz. Eles capturaram a energia de luz de excitação resultante usando hosts para fornecer aos complexos de TC para sua função como funis de exciton, a fim de beneficiar as ações de laser. Wang et al. Esperamos que os resultados preliminares ofereçam uma compreensão aprofundada do afunilamento de excitons em sistemas de coleta de luz para desenvolver dispositivos de laser orgânico de alto desempenho. Os novos resultados já estão disponíveis em Avanços da Ciência .

Os lasers de semicondutores orgânicos que funcionam em todo o espectro visível são de interesse crescente devido às suas aplicações práticas, desde comunicação multibanda a monitores de laser totalmente coloridos. Embora sejam difíceis de alcançar, lasers orgânicos bombeados eletricamente podem avançar a tecnologia de laser existente para rivalizar com diodos emissores de luz orgânicos.

Wang et al. formou complexos de CT localizados adicionando uma pequena quantidade de aceptor / doador de elétrons na matriz hospedeira doador / aceptor de elétrons. A configuração continha complexos de TC com um estreito bandgap, rodeado pela matriz hospedeira com altos níveis de energia para servir como antenas de captação de luz artificial. A energia de luz de excitação colhida produziu excitons, que foram transferidos a jusante para os aceitadores para funcionar como um "funil de excitação". No presente trabalho, Wang et al. investigou o processo de afunilamento de excitons em sistemas de coleta de luz para oferecer orientação para projetar materiais optoeletrônicos orgânicos de alto desempenho para lasers eletricamente bombeados.

Para sintetizar os microcristais de coleta de luz, Wang et al. usou uma molécula substituída por ciano referida como OPV (para oligo- (α-fenilenevinileno) -1, 4-bis (R-ciano-4-difenilaminossiril) -2, 5-difenilbenzeno) e fulereno (C ₆₀ ) As duas moléculas encontraram condições onde;

1. OPV é um semicondutor tipo p típico com alto ganho óptico, e
2. C ₆₀ é um semicondutor típico do tipo n com altas mobilidades de elétrons e grandes seções de choque de absorção.

Eles introduziram C ₆₀ em OPV para atingir a capacidade de coleta de luz e equilibrar a mobilidade do portador. O OPV e C ₆₀ as interações formaram complexos CT localizados com bandgap estreito para funcionar como aceitadores no sistema de coleta de luz. Wang et al. sintetizou os microcristais OPV dopados com quantidades controláveis ​​de C ₆₀ usando automontagem em fase líquida para formar fortes interações intermoleculares e projetar uma estrutura unidimensional, que eles confirmaram usando imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV).

Em sua forma pura, o microcristal OPV exibia uma aparência semelhante a um fio bem definida com superfícies lisas e planas. Após a introdução de C _60, o microcristal resultante manteve morfologia semelhante para indicar que C ₆₀ não alterou significativamente a morfologia dos cristais de OPV. Os cientistas verificaram a estrutura dos microfios de cristal usando espectros Raman, microscopia eletrônica de transmissão (TEM), difração de elétrons de área selecionada (SAED) e difração de raios-X. Os resultados sugeriram uma forte presença de OPV com C ₆₀ dopado em suas matrizes.

A interação entre C ₆₀ e as moléculas de OPV geraram um novo estado de CT, que Wang et al confirmaram usando espectros de absorção. Quando observado sob excitação ultravioleta (UV), o C ₆₀ @OPV moléculas apresentaram emissão vermelha, em nítido contraste com a emissão amarela em microfios OPV puros e não luminescência no C ₆₀ microfios. Os cientistas identificaram o novo estado de excitação CT de C ₆₀ @OPV cristais usando fotoluminescência e calculado a eficiência da transferência de energia para mostrar potencial de afunilamento eficaz entre as moléculas e acúmulo de energia eficiente nos estados de CT dos microcristais de captação de luz.

Para fornecer uma visão aprofundada dos sistemas de coleta de luz no nível dos orbitais de energia, Wang et al. realizaram estudos teóricos e calcularam o orbital molecular ocupado mais alto (HOMO) e o orbital molecular desocupado mais baixo (LUMO) das moléculas separadas e do C ₆₀ Complexo -OPV CT. Enquanto a densidade de elétrons HOMO de OPV foi distribuída por toda a molécula, LUMO foi localizado principalmente em diferentes locais da molécula. Usando os resultados experimentais e teóricos, Wang et al. desenhou um diagrama de energia da evolução do exciton em um sistema de coleta de luz e observou o processo abrangente que formou os funis do exciton.

Os pesquisadores subseqüentemente conduziram medições de lasing com bombeamento óptico para testar o desempenho de lasing nos microfios de coleta de luz usando um sistema de micro-fotoluminescência (micro-PL). Eles verificaram a ocorrência de lasing no C ₆₀ @OPV microfios em diferentes intensidades de bomba e controlou a emissão de complexos de CT por dopagem de concentrações variáveis ​​de C ₆₀ para os hosts OPV. Os cientistas poderiam ajustar as moléculas coletoras de luz no presente trabalho para fornecer um passo fundamental para finalmente sintetizar diodos laser orgânicos em estudos posteriores.

Desta maneira, Kang Wang e colegas de trabalho relataram sobre afunilamento de excitons e emissão estimulada em microcristais semicondutores orgânicos de coleta de luz. Usando demonstrações teóricas e experimentais, eles controlaram os complexos de CT para um laser eficaz e regularam a emissão de microcristais coletores de luz para construir micro-lasers com comprimentos de onda amplos. Embora, no momento, os resultados apenas forneçam uma visão detalhada do processo de afunilamento de excitons em sistemas de coleta de luz para permitir lasers orgânicos acionados eletricamente. Os resultados do trabalho oferecem um caminho promissor para o desenvolvimento de materiais orgânicos eficientes e a obtenção de lasers eletricamente acionados para telas a laser coloridas no futuro.

© 2019 Science X Network