Предоставлено: Pixabay/CC0 общественное достояние

Органические полупроводники — новый класс материалов для оптоэлектронных устройств, таких как солнечные элементы и органические светоизлучающие диоды. В результате важно настроить свойства материалов для конкретных требований, таких как эффективное поглощение и излучение света, длительное время жизни в возбужденном состоянии или более экзотические свойства (такие как синглетное деление). Одно из преимуществ этих органических полупроводников по сравнению с обычными неорганическими полупроводниками заключается в том, что путем изменения конструкции молекул можно получить множество различных свойств. Для  исследования Антон Бергуис изучал изменение свойств материалов с помощью света.

Достижения в методах нанопроизводства позволили структурировать материю в масштабе длины волны света. Таким образом можно усилить взаимодействие света и материи, что приведет к новым интересным свойствам.

В своей докторской диссертации  Антон Бергуис и его сотрудники разработали наноструктуру, состоящую из наночастиц серебра, помещенных в прямоугольную решетку, так что резонатор поддерживает резонансы в оптическом режиме. При настройке оптического резонанса на энергию экситона в органическом полупроводнике свет в резонаторе и экситон могут взаимодействовать, когда полупроводник помещается поверх резонатора.

Когда это взаимодействие сильнее, чем среднее значение потерь экситона и резонатора, взаимодействие приводит к гибридизации моды экситона и резонатора, и мы говорим о режиме сильной связи. Гибридизация описывается введением квазичастицы, называемой экситон-поляритоном, со свойствами как экситона, так и фотонов в резонаторе.

Три открытия

Бергуис сделал три открытия, связанные с этим взаимодействием света и материи. Во-первых, он показал, что можно регулировать силу взаимодействия между полостью и молекулами, выбирая ориентацию молекул в полости. Это позволило модифицировать спектры поглощения и излучения связанной системы.

Во-вторых, Бергуис заметил, что молекулы тетрацена в полости излучают больше света и излучают свет в течение более длительного периода времени. Несмотря на то, что сигнал был в 4 раза выше, чем вне резонатора, общее излучение было все еще очень низким. Однако это явление очень интересно и требует дальнейшего изучения. Если эффективность излучения может быть дополнительно улучшена, эта конструкция может быть применена в органических светоизлучающих диодах (OLED).

Наконец, он исследовал транспортную длину связанных экситон-поляритонов, что является очень важным свойством материалов, используемых в органических солнечных элементах. Исследование показало, что поляритоны экситонов в резонаторе перемещаются в 100 раз дальше по сравнению с несвязанными экситонами. Это очень многообещающий результат, но будущие исследования должны выяснить, могут ли эти распространяющиеся экситонные поляритоны (частично имеющие фотонный характер) передаваться другим молекулам. Если перенос экситонных поляритонов на другие молекулы действительно эффективен, это открывает возможность улучшить конструкцию органических фотоэлектрических элементов, что может привести к увеличению срока службы солнечных элементов без потери эффективности.

Звание доктора философии. Тема диссертации: «Сильное взаимодействие света и вещества в органических кристаллах ». Руководители: Хайме Гомес Ривас и Альберти Гонсалес Курто.