Ir（ppy） 3 调控Rubrene激子分裂和发光过程的微观机制研究
发布时间：2021-11-22 17:34
为探究红荧烯（Rubrene）内部的单重态激子分裂（S1+S0→T1+T1, STT）和发光过程的微观机制,本文选用具有强自旋轨道耦合（spin-orbit coupling, SOC）且发射绿光的磷光材料Ir（ppy）3,以不同比例混入到发射橙光的Rubrene薄膜中制备了一系列发光器件,并在不同温度和电流下测量了器件的电致发光磁效应（magneto-electroluminescence, MEL）和电流–发光（I-B）曲线.实验发现:室温下不同混入比例的发光器件,其MEL线型均表现为磁场调制的STT指纹式特征曲线,但MEL幅值随混入比例的增加却表现出先增加后减小的特性,而其发光强度则表现为单调增加的特点,这与常规Rubrene掺杂器件（如mCP:y%Rubrene）随浓度增大其STT增强但发光减弱的结果不同.通过对Ir（ppy）3的单、三重态激子能级和发射谱以及Rubrene吸收谱的分析可知,器件中除了Rubrene分子间距会影响STT过程的强弱外,...
【文章来源】：中国科学:信息科学. 2020,50(01)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
(网络版彩图)器件的光电特性
我们选择混入浓度为10%的器件(即Rubrene:10%Ir(ppy)3器件),来探究注入电流(I)和工作温度(T)这两种因素对Ir(ppy)3混入Rubrene器件中各微观过程的影响,并在T=300～20 K温度范围内测量了该器件(图2(a)～(d))和参考器件(图2(e)～(h))在不同注入电流下MEL随外加磁场的变化关系.MEL定义为:MEL=?EL/EL=[EL(B)-EL(0)]/EL(0)×100%,其中EL(B)和EL(0)分别为有无磁场时器件的电致发光强度.从图2(a)和(e)中可以看出,室温下(T=300 K)两种器件呈现出类似的线型,即:当|B|<25 mT时,MEL值均随着磁场的增加而小幅减小;当25 mT<|B|<300 mT时,MEL值随着磁场的增加而逐渐增加,直到B增加到300 mT时的MEL值也未达到饱和,这种变化趋势与文献报道的STT过程决定的指纹式响应曲线一致[12].当温度降为200 K时(图2(b)和(f)),两器件依旧呈现出相似的STT过程决定的线型.但随着温度进一步降低(100 K),两器件的MEL曲线(图2(c)和(g))在线型和幅值上开始发生了明显地变化.当温度降为20 K时,如图2(d)和(h)所示,两个器件的MEL曲线均由两部分组成:在较小磁场范围内,两器件的MEL随着磁场的增加而快速增加,即低场效应(low-field effect,LFE);随着磁场的进一步增加,MEL逐渐增加(Rubrene:10%Ir(ppy)3器件)或逐渐减小(参考器件),即高场效应(high-field effect,HFE).据文献报道,低场效应的变化与ISC过程决定的MEL指纹式曲线一致[13];而在高场效应的变化中,MEL曲线随磁场逐渐增加的趋势则是由STT过程决定的,反之,逐渐减小的趋势则是由TTA过程决定的[19].由于两器件对应MEL曲线的高场变化更为明显,因此本文主要研究高场,而对低场不做过多讨论.为了更加清楚地探究温度和电流对Rubrene:10%Ir(ppy)3器件中MEL曲线的影响,我们将图2中所示Rubrene:10%Ir(ppy)3器件在注入电流为10μA时随温度变化的MEL曲线总结在图3(a)中,且将两器件在不同温度不同电流下对应的MEL高场效应值(MELHFE)总结在图3(b)中.其中,MELHFE被定义为MELHFE=MEL(B=300 mT)-MEL(B=18 mT).从图3(a)中可以看出,温度由300K降到20K,Rubrene:10%Ir(ppy)3器件MEL曲线的高场效应都呈现出由STT过程决定的指纹式磁响应曲线,且STT过程随着温度的降低而明显减弱.这与文献报道的常规红荧烯器件中STT的温度依赖性一致[7].此外,从图3(b)中总体来看,两器件具有大致相似的电流和温度依赖特性:同一温度不同注入电流条件下,MELHFE值随着电流的增加而减小;同一注入电流不同温度下,MELHFE值随着温度的降低而减弱.然而,有两点变化更加值得让人注意:(1)相同温度对应电流条件下(以T=300 K,I=10μA为例),Rubrene:10%Ir(ppy)3器件的MELHFE值(20%)总是高于参考器件的MELHFE值(17%);(2)当温度降为20 K时,参考器件对应的MELHFE值全为负,而Rubrene:10%Ir(ppy)3器件对应的MELHFE值依旧全为正.这两点变化都说明了,在Rubrene器件中,混入一定量的磷光材料Ir(ppy)3,在各个工作温度条件下,都能够有效地促进Rubrene中STT过程的发生.这一现象在文献中还未见报道过,我们将在后文详细解释引起这些变化的原因.
为了更加清楚地探究温度和电流对Rubrene:10%Ir(ppy)3器件中MEL曲线的影响,我们将图2中所示Rubrene:10%Ir(ppy)3器件在注入电流为10μA时随温度变化的MEL曲线总结在图3(a)中,且将两器件在不同温度不同电流下对应的MEL高场效应值(MELHFE)总结在图3(b)中.其中,MELHFE被定义为MELHFE=MEL(B=300 mT)-MEL(B=18 mT).从图3(a)中可以看出,温度由300K降到20K,Rubrene:10%Ir(ppy)3器件MEL曲线的高场效应都呈现出由STT过程决定的指纹式磁响应曲线,且STT过程随着温度的降低而明显减弱.这与文献报道的常规红荧烯器件中STT的温度依赖性一致[7].此外,从图3(b)中总体来看,两器件具有大致相似的电流和温度依赖特性:同一温度不同注入电流条件下,MELHFE值随着电流的增加而减小;同一注入电流不同温度下,MELHFE值随着温度的降低而减弱.然而,有两点变化更加值得让人注意:(1)相同温度对应电流条件下(以T=300 K,I=10μA为例),Rubrene:10%Ir(ppy)3器件的MELHFE值(20%)总是高于参考器件的MELHFE值(17%);(2)当温度降为20 K时,参考器件对应的MELHFE值全为负,而Rubrene:10%Ir(ppy)3器件对应的MELHFE值依旧全为正.这两点变化都说明了,在Rubrene器件中,混入一定量的磷光材料Ir(ppy)3,在各个工作温度条件下,都能够有效地促进Rubrene中STT过程的发生.这一现象在文献中还未见报道过,我们将在后文详细解释引起这些变化的原因.3.3 混入浓度对器件MEL曲线的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用有机磁电导分析Rubrene发光器件中三重态激子解离和电子散射过程[J]. 陈颖冰,袁德,向杰,陈秋松,贾伟尧,张巧明,熊祖洪. 中国科学:技术科学. 2016(01)
[2]不同温度下单重态激子裂变对Rubrene有机电致发光磁效应的影响[J]. 刘亚莉,雷衍连,焦威,张巧明,陈林,游胤涛,熊祖洪. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2013(01)
[3]磷光材料fac-tris(2-phenylpyridinato-N,C2’)iridium（Ⅲ）对不同荧光材料的敏化作用及发光机制分析[J]. 宋丹丹,赵谡玲,徐征,张福俊,岳欣,朱海娜. 光谱学与光谱分析. 2009(10)
[4]两种主体材料中Ir（ppy）3和Rubrene的能量传递特性[J]. 李艳蕊,赵谡玲,杨少鹏,徐征,张福俊,宋丹丹,徐叙. 光谱学与光谱分析. 2009(01)
[5]Ir（ppy）3对Rubrene荧光材料的敏化性研究[J]. 许洪华,徐征,张福俊,赵谡玲,袁广才,陈跃宁. 光谱学与光谱分析. 2008(07)
[6]通过引入电子阻挡层的高效率的有机磷光白光器件[J]. 姜文龙,丁桂英,汪津,王静,王立忠,常喜,韩强,王洪梅,赵晓红. 光电子.激光. 2008(05)
硕士论文
[1]利用有机磁效应研究Rubrene发光器件中三重态激子相关的微观过程[D]. 陈颖冰.西南大学 2017
[2]基于Rubrene分子的有机发光器件中的磁效应研究[D]. 陈秋松.西南大学 2016
本文编号：3512154
【文章来源】：中国科学:信息科学. 2020,50(01)北大核心CSCD
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
(网络版彩图)器件的光电特性
我们选择混入浓度为10%的器件(即Rubrene:10%Ir(ppy)3器件),来探究注入电流(I)和工作温度(T)这两种因素对Ir(ppy)3混入Rubrene器件中各微观过程的影响,并在T=300～20 K温度范围内测量了该器件(图2(a)～(d))和参考器件(图2(e)～(h))在不同注入电流下MEL随外加磁场的变化关系.MEL定义为:MEL=?EL/EL=[EL(B)-EL(0)]/EL(0)×100%,其中EL(B)和EL(0)分别为有无磁场时器件的电致发光强度.从图2(a)和(e)中可以看出,室温下(T=300 K)两种器件呈现出类似的线型,即:当|B|<25 mT时,MEL值均随着磁场的增加而小幅减小;当25 mT<|B|<300 mT时,MEL值随着磁场的增加而逐渐增加,直到B增加到300 mT时的MEL值也未达到饱和,这种变化趋势与文献报道的STT过程决定的指纹式响应曲线一致[12].当温度降为200 K时(图2(b)和(f)),两器件依旧呈现出相似的STT过程决定的线型.但随着温度进一步降低(100 K),两器件的MEL曲线(图2(c)和(g))在线型和幅值上开始发生了明显地变化.当温度降为20 K时,如图2(d)和(h)所示,两个器件的MEL曲线均由两部分组成:在较小磁场范围内,两器件的MEL随着磁场的增加而快速增加,即低场效应(low-field effect,LFE);随着磁场的进一步增加,MEL逐渐增加(Rubrene:10%Ir(ppy)3器件)或逐渐减小(参考器件),即高场效应(high-field effect,HFE).据文献报道,低场效应的变化与ISC过程决定的MEL指纹式曲线一致[13];而在高场效应的变化中,MEL曲线随磁场逐渐增加的趋势则是由STT过程决定的,反之,逐渐减小的趋势则是由TTA过程决定的[19].由于两器件对应MEL曲线的高场变化更为明显,因此本文主要研究高场,而对低场不做过多讨论.为了更加清楚地探究温度和电流对Rubrene:10%Ir(ppy)3器件中MEL曲线的影响,我们将图2中所示Rubrene:10%Ir(ppy)3器件在注入电流为10μA时随温度变化的MEL曲线总结在图3(a)中,且将两器件在不同温度不同电流下对应的MEL高场效应值(MELHFE)总结在图3(b)中.其中,MELHFE被定义为MELHFE=MEL(B=300 mT)-MEL(B=18 mT).从图3(a)中可以看出,温度由300K降到20K,Rubrene:10%Ir(ppy)3器件MEL曲线的高场效应都呈现出由STT过程决定的指纹式磁响应曲线,且STT过程随着温度的降低而明显减弱.这与文献报道的常规红荧烯器件中STT的温度依赖性一致[7].此外,从图3(b)中总体来看,两器件具有大致相似的电流和温度依赖特性:同一温度不同注入电流条件下,MELHFE值随着电流的增加而减小;同一注入电流不同温度下,MELHFE值随着温度的降低而减弱.然而,有两点变化更加值得让人注意:(1)相同温度对应电流条件下(以T=300 K,I=10μA为例),Rubrene:10%Ir(ppy)3器件的MELHFE值(20%)总是高于参考器件的MELHFE值(17%);(2)当温度降为20 K时,参考器件对应的MELHFE值全为负,而Rubrene:10%Ir(ppy)3器件对应的MELHFE值依旧全为正.这两点变化都说明了,在Rubrene器件中,混入一定量的磷光材料Ir(ppy)3,在各个工作温度条件下,都能够有效地促进Rubrene中STT过程的发生.这一现象在文献中还未见报道过,我们将在后文详细解释引起这些变化的原因.
为了更加清楚地探究温度和电流对Rubrene:10%Ir(ppy)3器件中MEL曲线的影响,我们将图2中所示Rubrene:10%Ir(ppy)3器件在注入电流为10μA时随温度变化的MEL曲线总结在图3(a)中,且将两器件在不同温度不同电流下对应的MEL高场效应值(MELHFE)总结在图3(b)中.其中,MELHFE被定义为MELHFE=MEL(B=300 mT)-MEL(B=18 mT).从图3(a)中可以看出,温度由300K降到20K,Rubrene:10%Ir(ppy)3器件MEL曲线的高场效应都呈现出由STT过程决定的指纹式磁响应曲线,且STT过程随着温度的降低而明显减弱.这与文献报道的常规红荧烯器件中STT的温度依赖性一致[7].此外,从图3(b)中总体来看,两器件具有大致相似的电流和温度依赖特性:同一温度不同注入电流条件下,MELHFE值随着电流的增加而减小;同一注入电流不同温度下,MELHFE值随着温度的降低而减弱.然而,有两点变化更加值得让人注意:(1)相同温度对应电流条件下(以T=300 K,I=10μA为例),Rubrene:10%Ir(ppy)3器件的MELHFE值(20%)总是高于参考器件的MELHFE值(17%);(2)当温度降为20 K时,参考器件对应的MELHFE值全为负,而Rubrene:10%Ir(ppy)3器件对应的MELHFE值依旧全为正.这两点变化都说明了,在Rubrene器件中,混入一定量的磷光材料Ir(ppy)3,在各个工作温度条件下,都能够有效地促进Rubrene中STT过程的发生.这一现象在文献中还未见报道过,我们将在后文详细解释引起这些变化的原因.3.3 混入浓度对器件MEL曲线的影响
【参考文献】：
期刊论文
[1]利用有机磁电导分析Rubrene发光器件中三重态激子解离和电子散射过程[J]. 陈颖冰,袁德,向杰,陈秋松,贾伟尧,张巧明,熊祖洪. 中国科学:技术科学. 2016(01)
[2]不同温度下单重态激子裂变对Rubrene有机电致发光磁效应的影响[J]. 刘亚莉,雷衍连,焦威,张巧明,陈林,游胤涛,熊祖洪. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2013(01)
[3]磷光材料fac-tris(2-phenylpyridinato-N,C2’)iridium（Ⅲ）对不同荧光材料的敏化作用及发光机制分析[J]. 宋丹丹,赵谡玲,徐征,张福俊,岳欣,朱海娜. 光谱学与光谱分析. 2009(10)
[4]两种主体材料中Ir（ppy）3和Rubrene的能量传递特性[J]. 李艳蕊,赵谡玲,杨少鹏,徐征,张福俊,宋丹丹,徐叙. 光谱学与光谱分析. 2009(01)
[5]Ir（ppy）3对Rubrene荧光材料的敏化性研究[J]. 许洪华,徐征,张福俊,赵谡玲,袁广才,陈跃宁. 光谱学与光谱分析. 2008(07)
[6]通过引入电子阻挡层的高效率的有机磷光白光器件[J]. 姜文龙,丁桂英,汪津,王静,王立忠,常喜,韩强,王洪梅,赵晓红. 光电子.激光. 2008(05)
硕士论文
[1]利用有机磁效应研究Rubrene发光器件中三重态激子相关的微观过程[D]. 陈颖冰.西南大学 2017
[2]基于Rubrene分子的有机发光器件中的磁效应研究[D]. 陈秋松.西南大学 2016
本文编号：3512154
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