Ladungsträgerrelaxationsdynamik in Modellsystemen kristalliner organischer Halbleiter

• Antragsteller: Professor Dr. Sangam Chatterjee
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 289852227

Das Hauptziel dieses Projekts ist ein mikroskopisches Verständnis der Relaxationsmechanismen von optischen Anregungen in molekularen Einkristallen. Insbesondere soll der Zusammenhang zwischen der mikroskopischen Orientierung der einzelnen molekularen Bausteine und der makroskopischen Antwort des ganzen Kristalls experimentell untersucht werden. Hochgeordnete van-der-Waals gebundene Einkristalle aus kleinen Molekülen sind hervorragend geeignete Modellsysteme. Solche exemplarischen Studien erlauben zum einen fundamentale Einsichten wie Art und Umfang von Delokalisierung optischer Anregungen. Zum anderen erlauben sie Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit bisheriger und Vorhersagen über die Optimierung zukünftiger organischer optoelektronischer Bauelemente.Experimentellen Zugang bieten polarisationsaufgelöste Experimente mit hoher räumlicher Auflösung. Zunächst soll mittels linearer Absorptionsspektroskopie und verwandten Techniken die energetische Lage und der Charakter einzelner Übergänge in den verschiedenen Polymorphen identifiziert werden und mit theoretischen Rechnungen verglichen werden. Dabei werden spinverbotene Übergänge durch anlegen statischer magnetischer Felder optisch adressierbar. Darüber hinaus werden mittels Anrege-Abfrage-Spektroskopie und zeitaufgelöster Photolumineszenz mit spektral selektiver Anregung die unterschiedlichen Relaxationsmechanismen und ihr Zusammenhang mit der molekularen Orientierung in den einzelnen Kristallstrukturen untersucht. Die Dynamik erlaubt dabei z.B. direkte von indirekten Übergängen im Impulsraum zu unterscheiden. Besonderes Augenmerkt liegt hierbei auf dem mikroskopischen Mechanismus der Exzionenvervielfachung (Singlet-Excton Fission), bei der eine Singulett-artige Anregung in zwei Triplett-Zustände zerfällt und somit die Anzahl der angeregten Ladungen verdoppelt. Darüber hinaus wird der Einfluss von verstärkter Nächster-Nachbar-Wechselwirkung auf Exzimerbildung und die entsprechenden Gitterverzerrungen durch systematische Variation der Moleküle durch Perfluorierung und Deuterieren untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• Mitverantwortlich: Professor Leeor Kronik