Ultrafast Action Spectroscopy of Hybrid States for Soft Optoelectronic Materials Engineering

用于软光电材料工程的杂化态超快作用光谱

基本信息

  • 批准号:
    EP/X030822/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 219.34万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

A central challenge in the development of modern optoelectronic materials is the ability to characterise and control their electronic and structural dynamics with high time resolution and spatial selectivity. This is increasingly important for solution processable 'soft' nanomaterials where the electronic and structural dynamics are highly entangled and time dependent. This entanglement leads to the hybridisation of different electronic and vibrational levels and the emergence of new states that ultimately determine the materials' optoelectronic properties and play the key role in a range of processes from charge photogeneration and exciton fission to the localisation and multiplication of electronic states. A technology capable of characterising hybrid states operando would be indispensable for material engineering and device development.In the last 8 years, my team has exposed the role of hybridisation between electronic and vibrational states in a range of soft electronic nanomaterials. We have also developed a new set of methods for the ultrafast spectroscopy of nanodevices at working conditions. This brings us in a unique position to combine this expertise with recent developments in coherent multidimensional spectroscopies and versatile nanoprobe platforms, to develop a novel toolkit for time-resolved operando mapping of charge dynamics in optoelectronic materials, including the evolution hybrid states and their molecular origins. This will open new possibilities in engineering material properties by the targeted adjustments of the densities of electronic and vibrational states, interstate couplings and structural dynamics. These findings will bring a new mechanistic understanding of electronic processes in soft molecular materials and can have direct consequences for the practical applications, including the development of photovoltaics with high open-circuit voltage, emissive printable materials, or efficient and robust solar fuel devices.
现代光电材料开发的一个核心挑战是能够以高时间分辨率和空间选择性来表征和控制其电子和结构动力学。这对于可溶液加工的“软”纳米材料越来越重要,因为电子和结构动力学高度纠缠且依赖于时间。这种纠缠导致不同电子和振动能级的杂化以及新态的出现,最终决定材料的光电特性,并在从电荷光生和激子裂变到电子态的局域化和倍增的一系列过程中发挥关键作用。能够表征混合态操作的技术对于材料工程和器件开发来说是不可或缺的。在过去的 8 年中,我的团队揭示了一系列软电子纳米材料中电子态和振动态之间的混合作用。我们还开发了一套在工作条件下对纳米器件进行超快光谱分析的新方法。这使我们处于独特的地位,可以将这一专业知识与相干多维光谱和多功能纳米探针平台的最新发展相结合,开发出一种新颖的工具包,用于光电材料中电荷动力学的时间分辨操作映射,包括演化混合态及其分子起源。通过有针对性地调整电子和振动态密度、态间耦合和结构动力学,这将为工程材料特性开辟新的可能性。这些发现将为软分子材料中的电子过程带来新的机械理解,并可能对实际应用产生直接影响,包括开发具有高开路电压的光伏器件、发射性可印刷材料或高效且坚固的太阳能燃料设备。

项目成果

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