中国科学院化学所董焕丽/天津大学胡文平《AM》：高效有机偏振发光晶体管

偏振光在人类社会生活中无处不在，在各个领域都有潜在的应用前景，包括生物导航、防眩光显示、信息加密、光通信和3D显示。自1987年首次报道低压有机发光二极管以来，有机发光二极管成为在工业界和学术界迅速发展的重要领域。有机偏振发光二极管作为该领域研究的重要组成部分，在实现小型化和光电集成器件和电路方面具有独特的优势，这也是物理化学和微电子学等领域研究人员努力的方向和目标。但是，有机偏振发光二极管的普遍夹心层结构会影响器件偏振光的出射，造成器件偏振度的降低；对于非偏振发光活性材料，构筑器偏振发光器件需要额外集成偏振片或复杂的纳米结构（如金属光栅），这不符合未来小型化高集成度器件发展的趋势。

有机发光晶体管（OLET）作为一种兼具电流调控和电致发光功能的新型光电集成器件，具有制备工艺简单、集成度高等优势，被认为是下一代柔性显示技术和新型微纳光源的理想器件基元，其研究具有重要的科学和技术意义。此外，OLETs器件作为一种新型的光电集成器件研究平台，其开放式发光的特性可以实现偏振光的直接出射，有利于实现高偏振发光器件的构筑。在本工作中，中国科学院化学研究所董焕丽研究员与天津大学胡文平教授合作构筑了一种新型高效光电集成器件：有机偏振发光晶体管（Organic Polarized Light-Emitting Transistors, OPLETs）。作者基于高迁移率、强发光且具有高不对称跃迁偶极矩排列（图1和图2）的有机半导体单晶（2,6-diphenylanthracene, DPA）构筑了高偏振特性的OPLETs器件，其偏振度高达0.97，与完全线性偏振光相当。完整的实验和理论研究表明高偏振特性的光发射与晶体厚度、栅极电压和导电沟道方向无关（图3和图4），主要来源于分子跃迁偶极矩的内在面内各向异性。以DPA-POLETs器件作为微纳光源的光学系统实现了高对比度的光学成像和现代防伪安全演示（图5）。DPA-POLETs器件的高偏振度和高稳定性在新型微纳光源领域极具应用潜力。OPLETs也将激发有机半导体材料在光-物质相互作用和片上电-光调制等领域应用的潜力，相关的研究成果近期发表在先进材料上（Adv. Mater. 2023, 2301955），论文第一作者为中国科学院化学研究所的博士后秦正生，通讯作者为董焕丽研究员和胡文平教授。

在中国科学院和国家自然科学基金委的大力支持下，我们前期在高性能OLETs材料与器件制备（Adv. Mater. 2019, 31, 1903175； Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 20274；Adv. Mater. 2023, 352208389）及OLETs三基色显示（Sci. Adv. 2022, 8, eabp8775; Adv. Mater. 2022, 34, 2108795）等方面取得了一系列重要研究进展。除以上研究工作以外，秦正生博士、董焕丽研究员和胡文平教授受邀先后在Adv. Mater.和Adv. Optical Mater.期刊撰写发表了OLETs相关综述。综述（Adv. Mater. 2021, 33, 2007149）阐述了目前OLETs研究的现状和挑战、高性能OLETs器件制备的关键，并对该领域面临的关键挑战以及可能应对方案提出了展望。有机半导体单晶具有高载流子传输、高光学品质和低缺陷密度等独特优势，是构建高性能OLETs器件的理想材料。综述（Adv. Optical Mater. 2023, 11, 2201644）总结了有机单晶发光晶体管的系列重要进展，特别是高迁移率发光有机半导体单晶、高性能有机单晶发光晶体管、三基色有机半导体单晶及OLETs器件。最后，简要总结了有机单晶发光晶体管的挑战和前景。

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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