Il campo dell’elettronica organica ha suscitato notevole interesse sia nel mondo accademico che in quello industriale, grazie alle sue promettenti applicazioni in dispositivi come i diodi organici a emissione di luce (OLED) e le celle solari organiche. Queste applicazioni traggono vantaggio dal fatto di essere leggere, flessibili ed economicamente vantaggiose. Tali dispositivi sono realizzati depositando un sottile strato di molecole organiche su un substrato che funge da elettrodo e funzionano controllando il trasferimento di elettroni tra lo strato sottile e il substrato.
Pertanto, comprendere il comportamento degli elettroni all’interfaccia tra il substrato e lo strato sottile, insieme alle proprietà elettroniche dello strato sottile organico, è fondamentale per il progresso dell’elettronica organica. Inoltre, l’osservazione simultanea degli elettroni fotocarrier e della fotoeccitazione intramolecolare potrebbe offrire ulteriori approfondimenti sui film sottili di molecole organiche.
Sebbene gli stati elettronici statici dei film sottili di molecole organiche siano stati studiati in dettaglio utilizzando una tecnica chiamata spettroscopia fotoelettronica, la rilevazione accurata del comportamento dinamico degli elettroni che tentano di esprimere le loro funzioni nei dispositivi è stata difficile, ostacolando il progresso.
Un gruppo di ricerca guidato dal professore associato Masahiro Shibuta della Scuola di Ingegneria dell’Università Metropolitana di Osaka ha osservato il comportamento elettronico e la struttura superficiale di un sottile strato di molecole di triphenilene (TP) depositato su un substrato di grafite utilizzando la spettroscopia di fotoemissione a due fotoni (2PPE), la microscopia a scansione di tunnel e la diffrazione di elettroni a bassa energia.
I risultati hanno mostrato che le molecole di TP presentano una struttura speciale in cui sono adsorbite in una configurazione eretta sul substrato. Gli elettroni sono stati iniettati dal substrato nelle molecole di TP in seguito all’irradiazione luminosa e gli elettroni fotoeccitati nello strato molecolare sottile sono stati osservati con successo simultaneamente in un unico campione. Inoltre, è stata osservata una forte fotoluminescenza anche su un film sottile con un solo strato di molecole in una struttura speciale in cui le molecole erano adsorbite diagonalmente sul substrato, come nel caso delle molecole di TP. Ci si aspetta che questi risultati contribuiranno allo sviluppo di nuovi materiali luminescenti e al progresso dei dispositivi elettronici organici funzionali.
“La spettroscopia 2PPE è ancora un metodo innovativo per valutare gli stati elettronici, ma soffre del fatto che gli stati elettronici a volte sono ben osservati e altre volte no, nonostante la natura dispendiosa della misurazione ben ottimizzata”, ha detto il professor Shibuta. “I nostri risultati hanno evidenziato che la visibilità dello stato elettronico è strettamente correlata alla modalità di adsorbimento della molecola sul substrato e alle sue proprietà elettroniche. In altre parole: non solo il tipo di molecole, ma anche il modo in cui sono disposte deve essere controllato adeguatamente per creare un dispositivo che possa mostrare appieno le loro funzioni. Sono lieto che la nostra ricerca stia fornendo spunti per lo sviluppo di materiali funzionali per applicazioni pratiche.”
I risultati ottenuti dal gruppo di ricerca dell’Università Metropolitana di Osaka hanno dimostrato che la comprensione del comportamento degli elettroni e della struttura superficiale delle molecole di triphenilene è fondamentale per lo sviluppo di nuovi materiali luminescenti. La capacità di osservare simultaneamente gli elettroni iniettati e quelli fotoeccitati apre la strada a nuove possibilità nella progettazione di dispositivi elettronici organici con prestazioni ottimizzate.
La ricerca ha evidenziato l’importanza di controllare non solo il tipo di molecole utilizzate, ma anche il modo in cui sono disposte sul substrato. Questo controllo è cruciale per lo sviluppo di dispositivi elettronici organici che possano sfruttare appieno le funzioni delle molecole organiche. I risultati ottenuti sono un passo avanti significativo verso il progresso di dispositivi elettronici organici più efficienti e funzionali.
