基于宽带脉冲振动光谱技术研究D-π-A型光电分子中电子-振动耦合下的超快弛豫机制

As an important class of optoelectronic materials, D-π-A organic photoelectrons have been the hotspot issue in the research fields of physics, chemistry and electronics. Understanding the excited state relaxation mechanism of organic photoelectric molecules is of great significance for the development of such materials and the working mechanism of display devices based on the materials. This project research the D-π-A organic optoelectronic molecules with linear structure and multi-support structure by wideband pulse vibration spectroscopy based on non-collinear optical parametric amplifier (NOPA) which provide wide-band narrow pulse (~10 fs) as pump light. This technique can detect the excited state relaxation information including vibration information, analyze the intramolecular charge transfer process (single molecule state) and exciton energy dissipation process (aggregate state) under electronic transition-vibration coupling, and further analyze the the role and mechanism of the molecular vibration mode during these ultrafast physical processes. The results finally provide a theoretical and experimental basis for improving molecular structure and designing novel molecules.

D-π-A型有机光电分子作为一类重要光电材料，其激发态弛豫机制（包含分子内电荷转移过程及其发光弛豫过程）一直是物理、化学、电子等相关研究领域的热点问题。而了解有机光电分子激发态弛豫机制对开发这类材料和理解基于该材料的显示器件的工作机制都有着重要的意义。本项目将以线型结构和多支型结构的D-π-A型有机光电分子为研究对象，利用自行搭建的基于非共线光学参量放大器（NOPA）提供的宽频窄脉冲（~10 fs）作为泵浦光，构建宽带脉冲振动光谱技术。利用该技术探测包含振动信息的激发态弛豫信息，解析电子跃迁-振动耦合下的分子内电荷转移过程（单分子状态）和激子能量耗散过程（聚集态），进而分析分子振动模在这些超快物理过程中的作用和机制，最终为改进分子结构和设计新型分子提供理论和实验基础。

在近二十年间，D-π-A型有机光电分子在半导体光电子领域凸显了越来越出色的性能，其太阳电池和LED器件的性能不断攀升，其性能逐年增强的核心光物理特性，使得D-π-A型有机光电分子光物理特性的研究十分必要。本项目针对D-π-A型有机光电分子光物理特性开展了丰富的研究工作。具体研究总结如下：（1）发展了一系列适于D-π-A型有机光电分子光物理特性研究的光谱技术，主要有pump-dump/push-probe技术、变温光谱测试系统、高压光谱测试系统和非线性光谱测试系统。（2）利用上述系统针对4,4′-((1E,1′E)‑Quinoxaline-2,3-diylbis (ethene-2,1 -diyl))bis(N,N-dimethylaniline)（QDMA2）、4-(1,1-difluoro-1H-1k 4 ,10k 4 -benzo[4,5]thiazolo[3,2-c][1,3,2]oxazaborinin-3-yl)-N,N- diphenylaniline （TOND）、carbazole-modified trifluo-roborate β-carbonyl cyclic ketoester （C2B 和 DC2B）等材料开展研究，分析了分子内电荷转移机制、声子能量耗散在发光过程中的作用、分子间相互作用在发光无辐射弛豫中的贡献、探测了材料的双光子荧光特性及其吸收截面，上述研究加深了人们对D-π-A型有机光电分子光物理特的认识和理解，并拓宽了人们对其光物理特性的认识理解。（3）为了深入理解D-π-A型有机光电分子的光物理特性，我们还研究了近年来国际上较为热门的钙钛矿无机半导体光电材料的光物理特性，利用实验室已有的光谱系统，对其载流子特性开展了详细的研究。研究结果显示无机半导体和有机半导体材料各有特点，在未来的光电领域当中都会发挥重要的作用。