Los semiconductores orgánicos son una clase emergente de materiales para dispositivos optoelectrónicos, como células solares y diodos orgánicos emisores de luz. Como resultado, es importante ajustar las propiedades de los materiales para requisitos específicos, como una absorción y emisión de luz eficientes, una vida útil prolongada en estado excitado o propiedades más exóticas (como la fisión de singlete). Una de las ventajas de estos semiconductores orgánicos sobre los semiconductores inorgánicos convencionales es que al cambiar el diseño de las moléculas se pueden generar muchas propiedades diferentes. Para su Ph.D. investigación, Anton Berghuis exploró las propiedades cambiantes de los materiales utilizando la luz.

Los avances en las técnicas de nanofabricación permitieron la estructuración de la materia en la escala de la longitud de onda de la luz. Al hacerlo, se puede mejorar la interacción de la luz y la materia, lo que lleva a nuevas propiedades interesantes.

En su Ph.D. investigación, Anton Berghuis y sus colaboradores diseñaron una nanoestructura que consiste en nanopartículas de plata colocadas en una red rectangular de modo que la cavidad soporte resonancias en el régimen óptico. Al sintonizar la resonancia óptica con la energía del excitón en un semiconductor orgánico, la luz de la cavidad y el excitón pueden interactuar cuando el semiconductor se coloca encima de la cavidad.

Cuando esta interacción es más fuerte que el promedio de las pérdidas del excitón y la cavidad, la interacción resulta en una hibridación del modo excitón y cavidad y hablamos del régimen de acoplamiento fuerte. La hibridación se describe mediante la introducción de una cuasipartícula llamada excitón-polaritón, con propiedades tanto del excitón como de los fotones en la cavidad.

Tres descubrimientos

Berghuis ha realizado tres descubrimientos relacionados con esta interacción luz-materia. En primer lugar, demostró que es posible ajustar la fuerza de interacción entre la cavidad y las moléculas eligiendo la orientación de las moléculas en la cavidad. Esto permitió modificar los espectros de absorción y emisión del sistema acoplado.

En segundo lugar, Berghuis observó que las moléculas de tetraceno en la cavidad emitían más luz y la emitían durante un período de tiempo más largo. Aunque la señal era un factor de 4 más que fuera de la cavidad, la emisión total seguía siendo muy baja. Sin embargo, el fenómeno es muy interesante y debe investigarse más a fondo. Si se puede mejorar aún más la eficiencia de emisión, este diseño podría aplicarse en diodos orgánicos emisores de luz (OLED).

Por último, investigó la longitud de transporte de los excitones-polaritones acoplados, que es una propiedad muy importante para los materiales utilizados en las células solares orgánicas. La investigación mostró que los polaritones de excitón en la cavidad viajaron hasta 100 veces más lejos en comparación con los excitones desacoplados. Este es un resultado muy prometedor, pero la investigación futura debería explorar si estos polaritones de excitón propagados (que en parte tienen un carácter fotónico) pueden transferirse a otras moléculas. Si la transferencia de los polaritones del excitón a otras moléculas es realmente eficiente, esto abre la posibilidad de mejorar el diseño de la energía fotovoltaica orgánica, lo que puede resultar en una vida útil más larga de las células solares sin perder eficiencia.

Título de Ph.D. tesis:"Fuerte Acoplamiento Luz-Materia en Cristales Orgánicos". Supervisores:Jaime Gómez Rivas y Alberti González Curto. + Explora más

Revelando nuevos estados en materiales 2D