ゼロ磁場ESRの分光的・電気的計測法の確立と有機デバイスの三重項ハーベスト研究

建立有机器件零场ESR和三线态收获研究的光谱和电学测量方法

基本信息

批准号：
21K05011
负责人：
脇川祐介
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Shizuoka Institute of Science and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

低炭素社会の実現を背景に実用化が期待されている有機光電変換素子の開発において、三重項励起子の有効利用（三重項ハーベスト）が素子高性能化への鍵として注目されている。しかし、動作中の有機電子デバイスにおいて（オペランド）、三重項ハーベストを確かめ、その反応機構を調べる有効な計測手段は確立されていない。そこで本研究では、ゼロ磁場における電子スピン共鳴法と発光・電流測定法を融合させることで、三重項ハーベストをオペランド観測する新しいスピン計測法を開発する。また、三重項ハーベストの支配因子である三重項励起子や電荷キャリアの衝突対の挙動を解明することで、その制御法の創出を目指す。昨年度実施したテトラセン多結晶粉末におけるゼロ磁場付近の光検出磁気共鳴(ODMR)の測定と密度行列を用いた理論計算について再検討を行った。テトラセン多結晶粉末のシングレットフィッションの過程で形成される三重項励起子対の解離速度と再結合を実験的・理論的に明らかにし、本研究で開発したゼロ磁場付近のODMRが三重項ハーベストを支配する三重項励起子対ダイナミクスの解明に適用できる新たな測定法であることを見出した。本成果は論文にまとめ、国際査読誌に投稿中である。昨年度開発したゼロ磁場付近の光・電流検出磁気共鳴(EDMR)測定装置は、LC回路を用いていたため特定の周波数に制限されていた。そこで、マイクロストリップラインを用いた非磁性のテストフィクスチャを購入し、測定装置の広帯域化を行った。ルブレン多結晶粉末におけるゼロ磁場付近の広帯域ODMR測定を行った結果、ルブレン多結晶粉末では、テトラセン多結晶粉末と異なり、三重項励起子対ダイナミクスに対して励起子拡散が影響していることを明らかにした。

在随着低碳社会的实现而有望投入实际应用的有机光电转换器件的开发中，三重态激子的有效利用（三重态收获）作为提高器件性能的关键而受到关注。然而，尚未建立有效的测量手段来确认三重态收获并研究运行有机电子器件（操作数）中的反应机制。因此，在本研究中，我们将结合电子自旋共振和零磁场下的发光/电流测量方法，开发一种新的自旋测量方法，用于三重态收获的操作观测。我们还旨在通过阐明三重态激子和载流子碰撞对的行为来创建一种控制方法，这是三重态收获的控制因素。我们重新检查了去年在并四苯多晶粉末上进行的接近零磁场的光学检测磁共振（ODMR）测量以及使用密度矩阵的理论计算。从实验和理论上阐明了并四苯多晶粉末单重态裂变过程中形成的三重态激子对的解离速率和复合，并且本研究中开发的近零磁场的ODMR主导了三重态收获。可用于阐明三重态激子对的动力学。研究结果已被汇编成一篇论文，并将提交给国际同行评审期刊。我们去年开发的接近零磁场的光学/电流检测磁共振（EDMR）测量装置使用了LC电路，因此它仅限于特定的频率。因此，我们购买了使用微带线的非磁性测试夹具，并扩展了测量设备的带宽。对红荧烯多晶粉末进行接近零磁场的宽带 ODMR 测量表明，激子扩散会影响红荧烯多晶粉末中的三线态激子对动力学，这与我制造的并四苯多晶粉末不同。