Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Образование экситона и выход фотона из структуры в ОСИД
Вот так это делают флуорофоры...
...а так - фосфоры.
Классы соединений, используемых как эмиссионные слои в ОСИД.
Основы эффекта термоактивированной флуоресценции (TADF)
Первое наблюдение эффекта на комплексе олова
39% с учетом TADF!
ОСИД на материале с TADF
Мечта открывателей TADF - нулевая разница энергий.

Назад в будущее

Ключевые слова:  люминесценция, ОСИД, периодика

Автор(ы): Ch. Adachi, В. Уточникова

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

05 июля 2010

Нанометр продолжает рассказывать о перспективной области ОСИД-технологий, и сегодня уже все наверняка понимают процесс преобразования электрического тока в свет. Однако детали гораздо сложнее, и потому, прежде чем перейти к новейшим достижениям мировой ОСИД-науки, попробуем напомнить их еще раз. Итак, прежде всего, когда носителя заряда разного знака встречаются в эмиссионном слое, должно произойти образование возбужденного состояния - экситона. После этого экситон попадает на один из уровней – триплетный или синглетный – и происходит рекомбинация, которая, в зависимости от возможностей материала, может быть излучательной и безызлучательной. Важно понимать, что даже в случае образования фотона он выйдет на поверхность не наверняка, а с определенной долей вероятности, пока равной 20%: показатели преломления различных слоев на пути фотона возвращают около 80% фотонов обратно, не давая им выйти наружу (РИС. 1). Однако пока одни ученые пытаются найти замену стеклу и ITO {проводящий слой оксида индия, легированного диоксидом олова - Прим. ред.}, другие все-таки пытаются разобраться в механизме формирования экситона и люминесценции, чтобы повысить итоговую эффективность работы устройства за их счет.

Мы уже писали, что в случае, когда люминесценция может происходить только за счет синглетного уровня {уровня, при заполнении которого многоэлектронная систем находится в состоянии с "нулевой мультиплетностью" - Прим. ред.}, суммарная эффективность формирования экситона и люминесценции не превосходит 25% (РИС. 2), тогда как в случае люминесценции триплентого уровня она вполне может достигать 75% (РИС. 3). Дело в том, что по статистике на синглетный уровень попадает только 25% всего возбуждения {образное выражение - Прим. ред.}, тогда как остальные 75% достаются триплетному уровню. Кроме того, открыв возможность переноса энергии с синглета на триплет (ISC), ученые смогли бы {частица "бы" добавлена редактором} поднять эффективность люминесценции фосфоров даже до 100% {проблема в том, что при этом, очевидно, изменяется спиновое состояние, то есть "не сохраняется спин" , поэтому такой переход, вообще говоря, как таковой запрещен - Прим. ред.}! С этим и связано то, что ученые стараются работать с материалами, люминесцирующими за счет триплетного уровня (фосфОрами), а флуорофорам прочат скорую потерю позиций.

Сегодня общая картина {надо бы добавить "функционирования" или что - нибудь еще - Прим. ред.} люминофоров выглядит так, как представлено на РИС. 4. Однако видно, что кроме преимуществ - высокой эффективности люминесцении и узкой полуширины пиков люминесценции, - у фосфоров полно недостатков: высокая вероятность аннигиляции экситона и трудоемкость синтеза, что в первую очередь касается комплексов благородных металлов, которые, конечно же, еще и дороги. Так нельзя ли использовать дешевые флуорофоры, каким-то образом "обманув" физику и подняв эффективность их свечения?

И А. Эндо и Ч. Адачи нашли решение. Раз эффективность свечения фосфоров можно поднять выше 75% с помощью переноса энергии, нельзя ли организовать обратный перенос с триплета на синглет {очевидно, не непосредственно, поскольку не будет сохраняться спин - Прим. ред.} с тем, чтобы в итоге все 100% возбуждения высветилось, пусть и с синглетного уровня (РИС. 5)? Этого никто раньше не наблюдал, поскольку триплетный уровень находится ниже по энергии, и перенос энергии на него затруднен {разумеется, совсем не потому, что он находится ниже по энергии, а потому что изменяется мультиплетность системы - Прим. ред.}, но что если разница в энергиях сопоставима с kT и может быть преодолена за счет тепловой энергии? {а вот это уже понятно - это не будет "прямым" переходом с изменением мультиплетности, что очень нехорошо :-) - Прим. ред.}

Уже первые эксперименты показали наличие эффекта термически активированной флуоресценции, TADF, в комплексе олова SnF2(OEP) (РИС. 6). Отличительной особенностью эффекта является очевидное возрастание эффективности люминесценции с ростом температуры – тогда как эффективность фосфоресценции с температурой падает, а флуоресценции – постоянна или падает. Исходя из этого удается разделить различные вклады в люминесценции SnF2(OEP), и видно, что при комнатной температуре TADF дает основной вклад, а выше 400К – практически единственный.

Эффект обратного переноса энергии ученые назвали reversed inter-system crossing, или RISC, и он начинает играть роль при DE~0.4 эВ {видимо, это величина разности энергий - Прим. ред.}. Однако, чем меньше этот зазор, тем эффективнее такой перенос, и его уменьшение стало первой задачей ученых. И для ее решения была предложена система из двух органических молекул PIC-TRZ:m-CP {отличные молекулы, жаль, что вне рамок номенклатуры - Прим. ред.}. Прямой перенос энергии в этой системе составляет 90%, а обратный – 29%, итого, с учетом эффективности флуоресценции – 10% - суммарная эффективность люминесценции достигла уже 39%! Немыслимый результат для флуорофоров с пределом в 25%! {вообще немыслимый результат, если не дать в комментариях более подробных объяснений! - Прим. ред.}

При изготовлении ОСИД внутренняя эффективность упала несильно, и в результате внешняя – с учетом потерь на границах слоев – составила 6.8%, что на 30% выше теоретического предела! {видимо, на 30% от величины 6.7% - Прим. ред.}

Однако мечта ученых – материал без «запрещенной зоны» со 100% как ISC, так и RISC. Если ее удастся воплотить, дорогие иридиевые комплексы могут стать ненужными :) {стоит добавить, что мечта, видимо, так и останется лишь мечтой - Прим. ред.}

Статья основана на лекции, прочитанной проф. Ч. Адачи на летней школе по органической оптоэлектронике в г. Крутине, Польша, в 2010 году.



Средний балл: 10.0 (голосов 3)

 


Комментарии
Отличная статья - но очень эмоциональная!
Андрей, 05 июля 2010 20:48 
Мне картинки понравились - красочные и понятные
Gromolyot, 05 июля 2010 23:35 
Картинки не пронумерованы и из-за этого приходится постоянно загибать пальцы
Агапов Пётр Николаич, 06 июля 2010 01:48 
Очень интересная статья, давно таких не читал.
"обманув" физику... в чем тут и кого
обманывают? Обманывать можно только себя. А
электрон перейдет туда куда "скажут".
интересная статья, молодец!
Дорогой редактор!
Позволю себе продолжить ликбез в рамках комментариев, не изменяя текст статьи, т.к. наш с Вами диалог там получился просто прекрасен.
Итак, по порядку.
1. "Кроме того, открыв возможность переноса энергии с синглета на триплет (ISC), ученые смогли бы {частица "бы" добавлена редактором} поднять эффективность люминесценции фосфоров даже до 100%"

Конечно, все мы знаем, что 100% не бывает, однако в рамках реального эксперимента 97~100 (~ - примерно равно). Такие фосфоры с кв. выходом 97% получены, и примеры Вы можете видеть в статье про радугу. КС с выходом более 95% вообще полно.
2. "{проблема в том, что при этом, очевидно, изменяется спиновое состояние, то есть "не сохраняется спин" , поэтому такой переход, вообще говоря, как таковой запрещен - Прим. ред.}"

Да, разумеется, при этом меняется спин, и такой переход запрещен. Но все мы не хуже знаем, что теория - это только приближение к практике, и "если нельзя, но очень хочется, то можно". Поэтому Вы много где встретите слова "интенсивность перехода мала, так как он запрещен". Запрещенные переходы происходят тут и там, только ненадолго, и если бы триплет не высвечивал, мы бы его не наблюдали, но вот в чем фокус:

именно потому, что триплетный уровень люминесцирует, такие переходы еще как возможны!

Просто как только происходит очень быстрый запрещенный переход, за ним следует люминесценция, и все- обратно возврата нет. Так что никаких проблем :)
Вас, кстати, не смущает то, как светят РЗЭ? Тоже синглет-триплет-уровень РЗЭ-люминесценция. Переход синглет-триплет происходит на ура.
3. "организовать обратный перенос с триплета на синглет {очевидно, не непосредственно, поскольку не будет сохраняться спин - Прим. ред.}"

Разумеется, совершенно непосредственно.
4. "Этого никто раньше не наблюдал, поскольку триплетный уровень находится ниже по энергии, и перенос энергии на него затруднен {разумеется, совсем не потому, что он находится ниже по энергии, а потому что изменяется мультиплетность системы - Прим. ред.}"

Разумеется, именно потому, а не из-за правил запрета.
5. "PIC-TRZ:m-CP {отличные молекулы, жаль, что вне рамок номенклатуры - Прим. ред.}."

Да, комплекс олова я нашла, а эти профессор, увы, так и не расшифровал... Но надо же было как-то назвать.
6. "39%! Немыслимый результат для флуорофоров с пределом в 25%! {вообще немыслимый результат, если не дать в комментариях более подробных объяснений! - Прим. ред.}"

Не очень понимаю, каких? Почему предел 25% - было в начале. Почему тут 395 - потому что 10% своих + 29% от TADFа.
7. "6.8%, что на 30% выше теоретического предела! {видимо, на 30% от величины 6.7% - Прим. ред.}"

6.8 - это где-то 5*(100% + 30%)
8. "Однако мечта ученых – материал без «запрещенной зоны» со 100% как ISC, так и RISC. Если ее удастся воплотить, дорогие иридиевые комплексы могут стать ненужными :) {стоит добавить, что мечта, видимо, так и останется лишь мечтой - Прим. ред.}"

Ну несколько лет назад про 100% для иридия тоже никто даже не мечтал, а вот они, рядом с нами :) Так что не надо пессимизма :)

Хотя я тайком надеюсь, что они все обломаются, и РЗЭ свое отъедят
Фух, вроде все, остальные примечания разумны.
Gromolyot
Зато Вы, наверно, натренировавшись в счете во рвемя прочтения, смоги посчитать в процентах 6.8:5
Валя, спасибо за пояснения к пояснениям
пажалста
newwork, 08 июля 2010 16:32 
пойду учиться, ничего не понимаю
Gromolyot, 08 июля 2010 17:09 
Валентина Владимировна 6.8:5=136%
Чтение текстов с большим числом ненумерованых картинок даёт драйв, почти как конкур, но может отвлекать от поиска в тексте разумного, доброго и вечного.
Gromolyot
Точно, я же говорила, справитесь :)
В конкуре, кстати, препятствия нумеруются, хотя не понимаю, к чему это вы.
Великолепно!Интересно
Но не всё ясно. Много не ясно. Нам надо ещё учиться. Публикуйте побольше статей. Также желательно и на популярном уровне.
Смотришь книги этой серии, изданные ещё в СССР и дух захватывает, как написано. Всё понятно и интересно.
Помогите нам - нынешним школьникам.
Задавайте вопросы - ответим :)
Я про "моноспираль ДНК" задавала вопрос, но Вы не отвечаете.
Коваленко Артём, 17 июля 2010 12:20 
Валя, а экситон в органике и катион-радикал - это одно и то же?
Не смог найти отличий между 6-м и 7-м рисунками!

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Сверпроводящий провод
Сверпроводящий провод

Наносистемы: физика, химия, математика (2024, Т. 15, № 1)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume15/15-1
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 5)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-5
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Наносистемы: физика, химия, математика (2023, Т. 14, № 4)
Опубликован новый номер журнала "Наносистемы: физика, химия, математика". Ознакомиться с его содержанием, а также скачать необходимые Вам статьи можно по адресу: http://nanojournal.ifmo.ru/articles/volume14/14-4
Там же можно скачать номер журнала целиком.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2023 году
коллектив авторов
30 мая - 01 июня пройдут защиты магистерских квалификационных работ выпускниками Факультета наук о материалах МГУ имени М.В.Ломоносова.

Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022
Коллектив авторов
Материалы к защитам выпускных квалификационных работ бакалавров ФНМ МГУ 2022 содержат следующую информацию:
• Подготовка бакалавров на факультете наук о материалах МГУ
• Состав Государственной Экзаменационной Комиссии
• Расписание защит выпускных квалификационных работ бакалавров
• Аннотации квалификационных работ бакалавров

Эра технопредпринимательства

В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.