Moléculas de trifenileno adsorvidas em configuração vertical em substrato de grafite

Os elétrons da molécula TP foram observados com precisão usando espectroscopia de fotoemissão de dois fótons (2PPE), microscopia de varredura por tunelamento e difração de elétrons de baixa energia. Crédito: Masahiro Shibuta, Universidade Metropolitana de Osaka

Compreender como os elétrons se comportam e a estrutura da superfície das moléculas de película fina de trifenileno em substratos de grafite muda sob a irradiação luminosa.

O campo da eletrônica orgânica tem atraído considerável atenção tanto da academia quanto da indústria, graças às suas aplicações promissoras em OLEDs (diodos emissores de luz orgânicos) e células solares orgânicas. Esses aplicativos se beneficiam por serem leves, flexíveis e econômicos. Esses dispositivos são feitos depositando uma fina película de moléculas orgânicas sobre um substrato que atua como eletrodo e funcionam controlando a transferência de elétrons entre a película fina e o substrato.

Portanto, a compreensão do comportamento dos elétrons na interface entre o substrato e o filme fino, juntamente com as propriedades eletrônicas do filme fino orgânico, é crucial para o avanço da eletrônica orgânica. Além disso, a observação simultânea de elétrons fotoportadores e a fotoexcitação intramolecular ofereceria mais informações sobre filmes finos de moléculas orgânicas.

Desafios no estudo da dinâmica eletrônica

Embora os estados eletrônicos estáticos de filmes finos de moléculas orgânicas tenham sido estudados detalhadamente usando uma técnica chamada espectroscopia de fotoelétrons, a detecção precisa do comportamento dinâmico dos elétrons que tentam expressar suas funções em dispositivos tem sido um desafio, dificultando o progresso.

Um grupo de pesquisa liderado pelo Professor Associado Masahiro Shibuta da Escola de Pós-Graduação em Engenharia da Universidade Metropolitana de Osaka observou o comportamento eletrônico e a estrutura superficial de uma película fina de moléculas de trifenileno (TP) depositadas em um substrato de grafite usando doisfóton espectroscopia de fotoemissão (2PPE), microscopia de varredura por tunelamento e difração de elétrons de baixa energia.

Os resultados mostraram que as moléculas de TP exibem uma estrutura especial na qual são adsorvidas em uma configuração vertical no substrato. Ambos os elétrons foram injetados do substrato nas moléculas de TP após irradiação de luz, e os elétrons fotoexcitados no filme fino molecular foram observados com sucesso simultaneamente em uma única amostra. Além disso, também foi observada forte fotoluminescência em um filme fino com apenas uma camada de moléculas em uma estrutura especial onde as moléculas foram adsorvidas diagonalmente no substrato, como no caso das moléculas de TP. Espera-se que estes resultados contribuam para o desenvolvimento de novos materiais luminescentes e para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos orgânicos funcionais.

“A espectroscopia 2PPE ainda é um método novo para avaliar estados eletrônicos, mas sofre com o fato de que os estados eletrônicos às vezes são bem observados e às vezes não, apesar da natureza demorada da medição bem otimizada”, disse o professor Shibuta. “Nossas descobertas destacaram que a visibilidade do estado eletrônico está intimamente relacionada ao modo de adsorção da molécula no substrato e às suas propriedades eletrônicas. Por outras palavras: não só o tipo de moléculas, mas também a forma como estão dispostas devem ser devidamente controladas para criar um dispositivo que possa demonstrar plenamente as suas funções. Estou muito satisfeito que nossa pesquisa esteja fornecendo insights sobre o desenvolvimento de materiais funcionais para aplicações práticas.”

Referência: “Sondagem de elétrons e excitons fototransportadores em um filme de monocamada orgânica estudado por espectroscopia de fotoemissão de dois fótons” por Shuto Nojima, Natsumi Murase, DaeGwi Kim, Hiroyuki S. Kato, Megumi Akai-Kasaya, Takashi Yamada e Masahiro Shibuta, 25 de janeiro 2024, O Jornal de Química Física C.
DOI: 10.1021/acs.jpcc.3c07596

O estudo foi financiado pela Sociedade Japonesa para a Promoção da Ciência, pelo Ministério da Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia, pela Fundação Mitsubishi, pela Murata Science Foundation, pela Asahi Glass Foundation, pela Konica Minolta Science and Technology Foundation, e a Casio Science Promotion Foundation.



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