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I semiconduttori organici sono una classe emergente di materiali per dispositivi optoelettronici come celle solari e diodi organici a emissione di luce. Di conseguenza, è importante ottimizzare le proprietà dei materiali per requisiti specifici come un efficiente assorbimento ed emissione della luce, lunghe durate degli stati eccitati o proprietà più esotiche (come la fissione di singoletto). Uno dei vantaggi di questi semiconduttori organici rispetto ai semiconduttori inorganici convenzionali è che modificando il design delle molecole possono essere generate molte proprietà diverse. Per il suo dottorato di ricerca ricerca, Anton Berghuis ha esplorato la modifica delle proprietà dei materiali utilizzando la luce.
I progressi nelle tecniche di nanofabbricazione hanno consentito la strutturazione della materia sulla scala della lunghezza d'onda della luce. In questo modo, l'interazione tra luce e materia può essere migliorata, portando a nuove interessanti proprietà.
Nel suo dottorato di ricerca ricerca, Anton Berghuis ei suoi collaboratori hanno progettato una nanostruttura costituita da nanoparticelle d'argento poste in un reticolo rettangolare in modo tale che la cavità supporti risonanze nel regime ottico. Quando si sintonizza la risonanza ottica sull'energia dell'eccitone in un semiconduttore organico, la luce nella cavità e l'eccitone possono interagire quando il semiconduttore viene posizionato sopra la cavità.
Quando questa interazione è più forte della media delle perdite dell'eccitone e della cavità, l'interazione si traduce in un'ibridazione della modalità eccitone e cavità e si parla di regime di accoppiamento forte. L'ibridazione è descritta dall'introduzione di una quasi-particella chiamata eccitone-polaritone, con proprietà sia dell'eccitone che dei fotoni nella cavità.
Tre scoperte
Berghuis ha fatto tre scoperte relative a questa interazione luce-materia. In primo luogo, ha mostrato che è possibile regolare la forza di interazione tra la cavità e le molecole scegliendo l'orientamento delle molecole nella cavità. Ciò ha consentito la modifica degli spettri di assorbimento ed emissione del sistema accoppiato.
In secondo luogo, Berghuis ha osservato che le molecole di tetracene nella cavità emettevano più luce ed emettevano la luce per un periodo di tempo più lungo. Nonostante il segnale fosse un fattore 4 superiore rispetto all'esterno della cavità, l'emissione totale era comunque molto bassa. Il fenomeno è comunque molto interessante e andrebbe approfondito. Se l'efficienza delle emissioni può essere ulteriormente migliorata, questo progetto potrebbe essere applicato ai diodi organici a emissione di luce (OLED).
Infine, ha studiato la lunghezza di trasporto degli accoppiati eccitone-polaritoni, che è una proprietà molto importante per i materiali utilizzati nelle celle solari organiche. La ricerca ha mostrato che i polaritoni degli eccitoni nella cavità hanno viaggiato fino a 100 volte più lontano rispetto agli eccitoni disaccoppiati. Questo è un risultato molto promettente, ma la ricerca futura dovrebbe esplorare se questi polaritoni degli eccitoni propagati (che in parte hanno un carattere fotonico) possono essere trasferiti ad altre molecole. Se il trasferimento dei polaritoni dell'eccitone ad altre molecole è effettivamente efficiente, ciò apre la possibilità di migliorare la progettazione del fotovoltaico organico che può comportare una maggiore durata delle celle solari senza perdere efficienza.
Titolo di dottorato tesi:"Forte accoppiamento luce-materia in cristalli organici". Supervisori:Jaime Gómez Rivas e Alberti González Curto. + Esplora ulteriormente
