Istraživačka grupa je razvila novi i visoko efikasan mehanizam luminescencije uz pomoć skenirajuće tunelske mikroskopije (STM) koja je indukovala luminiscenciju kako bi se po prvi put posmatrao izvanredno svetao fenomen elektroluminescencije na gore (UCEL) sa jednim molekulom. Rezultati su objavljeni u Nature Communications.
UCEL je vrsta fenomena u kojem materijal emituje fotone visoke energije pod niskoenergetskom elektronskom pobudom. Duboko razumevanje mikro-mehanizama ovih interakcija i mikro-procesa konverzije energije je ključno za proširenje primene procesa konverzije na gore u organskim optoelektronskim uređajima, kao iu fotosintezi.
Istraživače je predvodio prof. Zhenchao Dong sa Univerziteta nauke i tehnologije Kine (USTC) Kineske akademije nauka. Grupa prof. Donga je dugo bila posvećena razvoju tehnike spajanja koja kombinuje karakterizaciju STM visoke prostorne rezolucije sa visoko osetljivom detekcijom optičkim tehnikama, što obezbeđuje moćno sredstvo za posmatranje i modulaciju optoelektronskog ponašanja molekula na nivou jednog molekula.
Iako je ograničena neefikasnošću pobuđivanja neelastičnog rasejanja elektrona, efikasnost luminiscencije sa jednom molekulom uzlazne konverzije koju je predložila grupa je veoma niska. Osim toga, efikasni mehanizmi luminiscencije upkonverzije u makroskopskim sistemima, kao što su triplet-triplet anihilacija i Oechs efekat, teško funkcionišu efikasno u sistemima sa jednim molekulom. Stoga je postizanje efikasnog UCEL sa jednim molekulom i dalje izazov.
Kombinujući STM-indukovanu tehnologiju luminiscencije i kontrolisani inženjering poravnanja nivoa energije na interfejsu sa jednim molekulom, tim je uspeo da poboljša efikasnost jednomolekulskog UCEL-a za više od jednog reda veličine u poređenju sa prethodno prijavljenim. Iznenađujuće, otkrili su da intenzitet luminiscencije jednomolekulske konverzije na gore izmeren pod pristrasnošću up-konverzije čak premašuje intenzitet elektroluminiscencije pod normalnom pristrasnošću.
Istraživači su otkrili da se ograničenja neefikasnog neelastičnog rasejanja elektrona i molekula mogu eliminisati finim podešavanjem poravnanja nivoa energije na molekularnom interfejsu, ostvarujući potpuno novi visokoefikasni mehanizam ekscitacije uzlazne konverzije koji uključuje čistu injekciju nosača. proces.
Mehanizam može dobro iskoristiti spin triplet stanje jednog molekula, anjonska i katjonska stanja punjenja, itd., a ona su postavljena kao međustanja. Na osnovu mehanizma, energija dva niskoenergetska tunelska elektrona preneta je u molekul sekvencijalno kroz proces ubrizgavanja nosača u više koraka, postižući efikasno pobuđivanje UCEL od spin tripleta do eksitona singletnog molekula.
Prema novom mehanizmu koji su predložili prof. Dong i kolege, efikasnost luminiscencije naviše je za dva reda veličine veća od prethodno objavljene efikasnosti luminiscencije uzlazne konverzije koja uključuje procese neelastičnog rasejanja.
Istraživači su takođe dalje razvili teorijski model zasnovan na kvantnoj master jednačini i konstruisali mapu elektroluminescencije za razumevanje efikasnosti luminiscencije pojedinačnih molekula u odnosu na poravnanje nivoa energije.
Ovaj model ne samo da je vizuelizovao preduslove za postizanje efikasne luminiscencije up-konverzije, već je takođe otkrio zavisnost elektroluminescencije jednog molekula od pristrasnosti i poravnanja na nivou energije.
Studija poboljšava efikasnost jednomolekulske elektroluminiscencije upkonverzije i pruža novo razumevanje procesa nelinearne elektro-optičke konverzije na skali jednog molekula.
