Organisk elektronik är ett område som har väckt stort intresse i akademiska och industriella kretsar på grund av dess potentiella tillämpningar i OLED och organiska solceller, vilket erbjuder fördelar som lättviktsdesign, flexibilitet och kostnadseffektivitet. Dessa enheter tillverkas genom att deponera en tunn film av organiska molekyler på ett substrat som fungerar som en elektrod och fungerar genom att kontrollera överföringen av elektroner mellan den tunna filmen och substratet.
Därför är förståelse av elektronbeteende vid gränssnittet mellan substratet och den tunna filmen, tillsammans med den organiska tunna filmens elektroniska egenskaper, avgörande för den fortsatta utvecklingen av organisk elektronik. Dessutom skulle den samtidiga observationen av fotobärarelektroner och intramolekylär fotoexcitation ge fler insikter om tunna filmer av organiska molekyler.
Även om de statiska elektroniska tillstånden hos tunna filmer av organiska molekyler har studerats i detalj med en teknik som kallas fotoelektronspektroskopi, har den exakta detekteringen av det dynamiska beteendet hos elektroner som försöker uttrycka sina funktioner i enheter varit utmanande, vilket hindrat framsteg.
En forskargrupp ledd av docent Masahiro Shibuta från Graduate School of Engineering vid Osaka Metropolitan University observerade det elektroniska beteendet och ytstrukturen hos en tunn film av trifenylen (TP) molekyler avsatta på ett grafitsubstrat med hjälp av två-foton fotoemission (2PPE) spektroskopi , scanning tunneling mikroskopi och lågenergi elektron diffraktion. Resultaten publicerades i The Journal of Physical Chemistry C .
Resultaten visade att TP-molekylerna uppvisar en speciell struktur där de adsorberas i en stående konfiguration på substratet. Båda elektronerna injicerades från substratet in i TP-molekylerna vid ljusbestrålning, och elektronerna fotoexciterade i den tunna molekylära filmen observerades framgångsrikt samtidigt i ett enda prov.
Dessutom observerades stark fotoluminescens på en tunn film med endast ett lager av molekyler i en speciell struktur där molekylerna adsorberades diagonalt på substratet, som i fallet med TP-molekylerna. Det förväntas att dessa resultat kommer att bidra till utvecklingen av nya självlysande material och till vidareutvecklingen av funktionella organiska elektroniska enheter.
"2PPE-spektroskopi är fortfarande en ny metod för att utvärdera elektroniska tillstånd, men den lider av det faktum att de elektroniska tillstånden ibland är väl observerade och ibland inte, trots den tidskrävande karaktären hos den väloptimerade mätningen", sa professor Shibuta.
"Våra resultat visade att synligheten av det elektroniska tillståndet är nära relaterat till molekylens adsorptionsläge på substratet och dess elektroniska egenskaper. Med andra ord:Inte bara typen av molekyler utan också sättet de är arrangerade måste kontrolleras ordentligt. att skapa en enhet som till fullo kan visa upp deras funktioner. Jag är glad över att vår forskning ger insikter i utvecklingen av funktionellt material för praktiska tillämpningar."
Mer information: Shuto Nojima et al, Probing of Photocarrier Electrons and Excitons at an Organic Monolayer Film Studied by Two-Photon Photoemission Spectroscopy, The Journal of Physical Chemistry C (2024). DOI:10.1021/acs.jpcc.3c07596
Tillhandahålls av Osaka Metropolitan University
