我國學者在高遷移率白色有機偏振發光半導體研究中取得進展

圖 材料創制與電致發光器件。（a）WOPESSCs中能量和偏振轉移示意圖；（b）大面積WOPESSCs熒光圖片；（c）WOPESSCs熒光發射光譜；（d）WOPESSCs有機偏振發光二極管電致發光圖片；（e）性能總結與對比圖；（f）寬色域三基色成像

　　在國家自然科學基金項目（批準號：52233010、52403342、52121002、U21A6002）等資助支持下，中國科學院化學研究所董煥麗研究員課題組與天津大學胡文平教授課題組合作在高遷移率白色有機偏振發光半導體材料研究方面取得新進展，相關研究成果以“本征白色有機偏振發光半導體（Intrinsically white organic polarized emissive semiconductors）”為題，于2025年1月15日在線發表于《自然?光子學》（Nature Photonics）雜志上，論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41566-024-01609-6。

　　偏振與波長和強度一樣是光的基本屬性之一，偏振光的發射與控制是實現高維信息傳輸和檢測的基礎，在顯示、照明和光通信等多個領域中具有重要應用前景。與傳統利用多重光學結構獲得偏振發光的方法相比，發展可實現偏振光直接輸出的本征偏振發光材料利于簡化制備工藝、提高對比度、降低能量損失且便于實現器件的小型化和集成化，在未來信息顯示領域具有重要應用價值。目前，盡管本征有機偏振發光半導體材料研究已經取得一定進展，但仍存在發光顏色單一、發光效率低、載流子性能差等問題，特別是受到Kasha規則和蒸鍍摻雜薄膜本征無序特性的限制，高遷移率本征偏振白光有機半導體材料的研究一直面臨巨大挑戰。

　　針對以上難題，中國科學院化學研究所董煥麗研究員課題組與天津大學胡文平教授課題組合作，提出了一種雙分子摻雜實現高遷移率本征白色有機偏振發光半導體單晶（WOPESSCs）的設計策略。研究團隊以高遷移率本征藍色偏振發光有機半導體2,6-二苯基蒽分子為主體分子，以綠色發光并四苯和紅色發光并五苯為摻雜客體分子，通過合理控制主體分子與客體分子之間的能量及偏振轉移過程，制備得到了光電綜合性能優異的WOPESSCs材料，其偏振度高達0.96，熒光量子產率為38.3%，載流子遷移率為4.9 cm2/V?s，發光CIE坐標為（0.3258，0.3396）。通過調節偏振角度，WOPESSCs還展現出從藍白光到黃白光的可調諧發射特性，以及覆蓋國家電視系統委員會標準112%的寬色域三原色光學成像能力。此外，基于WOPESSCs優異的光電集成特性，研究者進一步成功構筑了高性能本征偏振發光微納有機發光二極管和有機發光晶體管器件，獲得了與材料本征偏振度相當的高電致偏振發光性能（偏振度達0.91）。更為重要的是，研究發現柵壓電場對于有機偏振發光晶體管器件發光顏色具有明顯的調控能力，且調控過程可逆和穩定重現。該工作不僅為綜合性能優異的本征白色有機偏振發光半導體研究提供了新思路，同時也為高遷移率本征多色有機半導體及高性能微納多功能偏振電致發光器件研究提供了重要借鑒。