Os semicondutores orgânicos são uma classe emergente de materiais para dispositivos opto-eletrônicos, como células solares e diodos emissores de luz orgânicos. Como resultado, é importante ajustar as propriedades dos materiais para requisitos específicos, como absorção e emissão de luz eficientes, longa vida útil do estado excitado ou propriedades mais exóticas (como fissão singlete). Uma das vantagens desses semicondutores orgânicos sobre os semicondutores inorgânicos convencionais é que, alterando o design das moléculas, muitas propriedades diferentes podem ser geradas. Para seu Ph.D. pesquisa, Anton Berghuis explorou a mudança das propriedades dos materiais usando a luz.
Os avanços nas técnicas de nanofabricação permitiram a estruturação da matéria na escala do comprimento de onda da luz. Ao fazer isso, a interação da luz e da matéria pode ser aprimorada, levando a novas propriedades interessantes.

Em seu Ph.D. pesquisa, Anton Berghuis e seus colaboradores projetaram uma nanoestrutura composta por nanopartículas de prata colocadas em uma rede retangular de tal forma que a cavidade suporta ressonâncias no regime óptico. Ao ajustar a ressonância óptica à energia do éxciton em um semicondutor orgânico, a luz na cavidade e o éxciton podem interagir quando o semicondutor é colocado no topo da cavidade.

Quando esta interação é mais forte que a média das perdas do éxciton e da cavidade, a interação resulta em uma hibridização do éxciton e do modo da cavidade e falamos do regime de acoplamento forte. A hibridização é descrita pela introdução de uma quase-partícula chamada exciton-polariton, com propriedades do exciton e dos fótons na cavidade.

Três descobertas

Berghuis fizeram três descobertas relacionadas a essa interação luz-matéria. Primeiro, ele mostrou que é possível ajustar a força de interação entre a cavidade e as moléculas escolhendo a orientação das moléculas na cavidade. Isso permitiu a modificação dos espectros de absorção e emissão do sistema acoplado.

Em segundo lugar, Berghuis observou que as moléculas de tetraceno na cavidade emitiam mais luz e emitiam a luz por um longo período de tempo. Mesmo que o sinal fosse um fator de 4 maior do que fora da cavidade, a emissão total ainda era muito baixa. O fenômeno, no entanto, é muito interessante e deve ser investigado mais a fundo. Se a eficiência de emissão puder ser melhorada, esse projeto poderá ser aplicado em diodos orgânicos emissores de luz (OLEDs).

Por último, ele investigou o comprimento de transporte dos exciton-polaritons acoplados, que é uma propriedade muito importante para materiais usados ​​em células solares orgânicas. A pesquisa mostrou que os polaritons do éxciton na cavidade viajaram até 100 vezes mais longe quando comparados aos éxcitons desacoplados. Este é um resultado muito promissor, mas pesquisas futuras devem explorar se esses polaritons de éxciton propagados (que possuem parcialmente um caráter fotônico) podem ser transferidos para outras moléculas. Se a transferência dos polaritons do éxciton para outras moléculas for realmente eficiente, isso abre a possibilidade de melhorar o projeto de energia fotovoltaica orgânica que pode resultar em uma vida útil mais longa das células solares sem perder eficiência.

Título de Ph.D. tese:"Acoplamento Luz-Matéria Forte em Cristais Orgânicos". Orientadores:Jaime Gómez Rivas e Alberti González Curto. + Explorar mais

Revelando novos estados em materiais 2D