На пути к органическом инжекционном лазеруНИР

On the way to an organic injection laser

Источник финансирования НИР

грант РНФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 6 июля 2015 г.-31 декабря 2015 г. На пути к органическом инжекционном лазеру
Результаты этапа: Синтезированы полупроводниковые олиготиофенфенилены с длиной сопряженной цепи из четырех ароматических колец и различными концевыми заместителями для задач проекта. Их химическое строение и чистота доказаны комплексом современных физико-химических методов. Получены монослойные самособирающиеся пленки на основе синтезированных олиготиофенфениленов на поверхности воды и твердых подложках. Исследованы их фотолюминесцентные свойства. На основе полученных пленок созданы монослойные полевые транзисторы и исследован транспорт зарядов в них. Разработан подход к получению аморфных люминесцентных пленок на основе кремнийорганических наноструктурированных люминофоров (КНЛ). Синтезирован аморфный КНЛ и исследованы его свойства в разбавленных растворах методами спектроскопии оптического поглощения и фотолюминсценции. Получены сильно-люминесцирующие аморфные полупроводниковые пленки на основе синтезированного КНЛ. Исследована их структура методами оптической поляризационной и атомно-силовой микроскопии. Исследованы их спектры поглощения и фотолюминесценции, получены значения квантового выхода фотолюминесценции. Выращены монокристаллы олиготиофенфениленов. Исследованы их фотолюминесцентные свойства (спектры и квантовый выход), созданы образцы полевых транзисторов на их основе, исследован транспорт зарядов в них. Созданы образцы гетероструктур типа самособирающаяся монослойная пленка на монокристалле. Исследованы их фотолюминесцентные свойства и предложены подходы к определению длины диффузии экситонов в монокристалле. Организована и проведена 2-ая Международная школа-конференция по органической электронике IFSOE-2015
2 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. На пути к органическом инжекционном лазеру
Результаты этапа: На втором этапе проекта был синтезирован ряд тиофен-фениленовых олигомеров (ТФО) с пятью и шестью сопряженными ароматическими кольцами и различными концевыми группами (триметилсилильными или алкильными). Для синтеза ТФО с пятью сопряженными ароматическими кольцами и триметилсилильной концевой группой (TMS-PTPTP-TMS) было разработано два подхода на основе реакции Сузуки. Первый из них, однако, приводил к образованию побочных продуктов в виде олигомеров с четырьмя и шестью сопряженными ароматическими кольцами (TMS-PTTP-TMS и TMS-PTPPTP-TMS), от следов которых очистить целевой продукт не удалось. Второй же метод позволил получить намного более чистый TMS-PTPTP-TMS с выходом на последней стадии 73%. Для изучения влияния природы ароматического кольца на свойства сопряженных олигомеров, были синтезированы другие олигомеры, содержащие четыре тиофеновых и одно бензольное кольцо с концевыми гексильными заместителями DH-TTPTT. Разработанный подход, основанный на реакции Кумады, позволил получить целевой олигомер с выходом 90%. На основе реакции Сузуки разработана методика и по ней синтезирован ТФО с шестью сопряженными ароматическими кольцами и триметилсилильной концевой группой TMS-P4TP-TMS с выходом 71%. Синтезирован новый аморфный кремнийорганический наноструктурированный люминофор (КНЛ) с пятью сопряженными ароматическими кольцами в качестве центрального излучающего фрагмента, который содержал 2’,4,5’-триметил-1,1’:4’,1’’-терфениловые (3PMe3) группы на периферии и бис(битиенил) бензотиадиазольный фрагментом (2T-Bz-2T) в центре молекулы. Исследованы оптические характеристики полученного КНЛ, в т.ч. квантовый выход фотолюминесценции (ФЛ), который был в диапазоне 43 – 67% в зависимости от длины волны возбуждения, и проведена оценка эффективности внутримолекулярного переноса энергии, которая составила 64+/-5%. Детальное исследование оптических свойств кристаллов, полученных на основе синтезированных ранее ТФО с четырьмя сопряженными ароматическими кольцами показало, что полученные образцы содержат примеси(допанты) более длинных сопряженных олигомеров с концентрацией менее 1%. Тем не менее, эти включения существенно влияют на свойства выращиваемых кристаллов. Поэтому на данном этапе работы, с учетом недостаточной чистоты полученных олигомеров, представлялось нецелесообразным проводить низкотемпературные измерения спектров фосфоресценции замороженных растворов ТФО. Вместо этого была разработана новая методика синтеза ТФО с четырьмя сопряженными ароматическими кольцами, сводящая к минимуму вероятность образования более длинных сопряженных соединений, и исследована зависимость оптических свойств полученных кристаллов ТФО от содержания примеси (допанта). Для этого была разработана специальная методика определения содержания сверхмалых концентраций люминесцирующих примесей, образующихся в процессе синтеза ТФО с четырьмя сопряженными ароматическими кольцами. Один из ключевых результатов данного этапа проекта состоит в следующем: обнаружено, что люминесцентные свойства монокристаллов ТФО во многом определяются примесями(допантами) с концентрациями менее 1%, в качестве которых выступают более длинные ТФО. Разработана методика роста из раствора монокристаллов ТФО TMS-P2TP-TMS, допированных акцептором энергии TMS-P4TP-TMS, имеющим примерно в два раза более высокий квантовый выход ФЛ (~40% в растворе и в монокристалле TMS-P2TP-TMS) по сравнению с TMS-P2TP-TMS (~20% в растворе и в недопирвоанном монокристалле). Продемонстрирован высокоэффективный безызлучательный перенос энергии с кристалла TMS-P2TP-TMS на допант TMS-P4TP-TMS с характерным временем ~50 пс, найдена оптимальная концентрация допанта, составляющая величину 0.7%. Методом физического парового транспорта выращены монокристаллы ТФО 1,4-бис(5-фенилтиофен-2-ил)бензол (PTPTP) с латеральными размерами в диапазоне 0.2-3.5 мм и толщинами в диапазоне 0.5-3.5 мкм. Исследованы их фото- и электрофизические свойства. Внешний квантовый выход ФЛ в них достигал 37%. Исследована кинетика спектров ФЛ с пикосекундным временным разрешением; показано, что максимум интенсивности ФЛ достигается при ориентации поляризации пучка возбуждения вдоль оси a кристаллической ячейки PTPTP. Органические полевые транзисторы (ОПТ), разработанные на основе кристаллов PTPTP показали дырочную подвижность до 0.027 см2/Вс при пороговых напряжениях около –5 В. Выращены монокристаллы фуран-фениленового олигомера 1,4-бис(5-фенилфуран-2-ил)бензол (BPFB) с латеральными размерами в диапазоне 0.2-1.5 мм и толщинами в диапазоне 0.6-4.5 мкм, исследованы их фото- и электрофизические свойства. Квантовый выход ФЛ для монокристаллов BPFB достигал 66% (с коррекцией на реабсорбцию ФЛ) и 45% для монокристаллов, выращенных из газовой фазы. Проведено сравнительное исследование кинетик ФЛ в монокристаллах, жидких и твердых растворах BPFB. Сделан вывод, что структурный порядок в монокристалле увеличивает время жизни экситонов и повышает квантовый выход ФЛ. Транзисторы на основе кристаллов BFFB продемонстрировали дырочную подвижность до 0.22 см2/Вс. Выращены монокристаллы DH-TTPTT, исследованы их структурные, фото и электрофизические свойства. Показано, что квантовый выход ФЛ достигает 17%, а дырочная подвижность носителей заряда составляет 0.07 см2/Вс. Обнаружена высокая механическая гибкость монокристаллов DH-TTPTT, таким образом, впервые получен высоко гибкий люминесцентный полупроводниковый монокристалл. Разработаны и исследованы амбиполярные ОПТ для работы в светоизлучающем режиме. На основе кристаллов PTPTP, TMS-PTTP-TMS и BPFB разработаны ОПТ с различными материалами электродов стока и истока. ОПТ на основе кристаллов PTPTP, TMS-PTTP-TMS продемонстрировали амбиполярный транспорт зарядов, тогда как ОПТ на основе кристаллов BPFB показали только дырочную подвижность. Подвижности зарядов в ОПТ на основе кристаллов PTPTP сбалансированы для дырок и электронов и достигают 0.01 см2/Вс. Пороговые напряжения для данных транзисторов достигают -15 В для дырок и 50 В для электронов. Подвижности в насыщенном режиме для кристаллов TMS-PTTP-TMS достигают 1.7*10-3 см2/Вс для электронов и 2.5*10-3 см2/Вс для дырок. Пороговые напряжения составили -30 В для дырок и 60 В для электронов. Разработана одномерная стационарная численная модель светоизлучающего ОПТ, основанная на уравнении Пуассона и уравнениях непрерывности. Рассчитаны вольтамперные характеристики ОПТ, распределения электрического поля, концентрации носителей заряда и темп их рекомбинации в канале ОПТ для различных значений задаваемых параметров модели. Рассчитаны выходные и передаточные характеристики ОПТ в амбиполярном (светоизлучающем) режиме. Показано, что в точке минимального тока на передаточной характеристике, являющейся наиболее предпочтительной для излучения света, распределение темпа рекомбинации электронов и дырок наиболее широкое и имеет максимум в центре канала ОПТ. Детально исследованы структура, морфология и ФЛ свойства монослоев Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ) и Ленгмюра-Шеффера(ЛШ) силоксанового димера ТФО D2-Und-PTTP-TMS, полученного на первом этапе проекта. Изготовлен ряд пленок ЛБ и ЛШ при поверхностных давлениях непосредственно перед и сразу после коллапса слоя (30 и 40 мН/м), также исследовано влияние отжига в парах растворителя на структуру, морфологию и фотофизику монослоев. Из полученных структурных данных предложена модель упаковки молекул в монослое ЛШ. В результате впервые продемонстрированы монослойные полупроводниковые пленки с эффективной люминесценцией. В период с 18 по 23 сентября 2016 года организована и проведена 3-я Международная осенняя школа по органической электронике International Fall School on Organic Electronics (IFSOE-2016), которая явилась продолжением серии научных школ, начатой ИСПМ РАН и МГУ в 2014 г. Научная программа школы включала в себя следующие тематики: фундаментальные проблемы органической электроники; материалы для органической электроники; ОПТ; органические светоизлучающие устройства; органические и гибридные солнечные батареи; органические сенсоры; фотофизика, компьютерное моделирование и проблемы характеризации; технологии органической электроники. На IFSOE-2016 пленарные доклады сделали ведущие ученые Западной Европы, США и России, были организованы секции устных и стендовых докладов молодых ученых. Официальный язык школы – английский. Все материалы IFSOE-2016 представлены на сайте: http://www.ifsoe.ru Проведена предварительная работа по организации 13-ой Международной конференции по органической электронике ICOE-2016. Решением Международного Оргкомитета ICOE проведение ICOE-2016 запланировано на 4-8 июня 2017 года в г. Санкт-Петербург (Россия). В настоящее время для этого выбрано и забронировано место проведения конференции – Гостиница «Азимут», приглашены 18 ведущих лекторов международного уровня, 15 из которых подтвердили свое участие, разработан и открыт официальный сайт конференции www.icoe2017.ru, сделан и разослан целевой аудитории первый циркуляр конференции. C 1 декабря 2016 г на сайте www.icoe2017.ru открыта регистрация участников и прием тезисов. Результаты выполнения проекта отражены на интернет-сайтах: ifsoe.ru, icoe2017.ru, sunhen.phys.msu.ru, www.ispm.ru/lab8.html. В 2016 г. вышли три статьи из списка топ-25 и 4 статьи направлены в печать.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".