作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 等离子体器件图和纳米立方体形态
等离子体激元中子活化分析示意图，注明相关层厚度
有机发光二极管内的EML位置和宽度由绿线表示
EML成分的化学结构，主机(驾驶员信息中心-TRZ)和发射器(红外(聚吡咯)3)，也提出了
在有机发光二极管顶部旋转的银纳米立方体的原子力显微照片
银立方体的填充率为15%，中心间距约为200纳米
氧化铟锡
学分:自然，doi: 10
1038/s 14586-020-2684-z 科学家在等离子体领域研究自由电子和电磁波的共振相互作用
然而，由于等离子体材料的损耗，该学科仍有待于扩展到大规模的商业应用
尽管有机发光器件由于具有良好的色彩饱和度、多用途的形状因子和低功耗等特性而被结合到大规模商业产品中，但是它们的功效和稳定性仍有待优化
在其运行过程中，有机发光二极管积累缓慢衰减的三重态激子和电荷的局部积累，在“老化”过程中逐渐降低器件的亮度，从而导致显示器的老化效应
因此，提高有机发光二极管技术的性能非常重要
在一份发表在《自然》杂志上的新报告中，迈克尔
富瑟拉和通用展示公司的一个研究小组
S
他们开发了一种具有等离子体衰减率增强的有机发光器件来提高器件的稳定性，通过包括基于纳米粒子的外耦合方案来从等离子体模式中提取能量，从而保持了效率
该团队使用了一种原型磷光发射器，在与参考传统设备相同的亮度下，功能稳定性提高了两倍，并从等离子体模式中提取了16%的能量作为光
新方法将提高有机发光二极管的稳定性，同时避免特定材料的设计限制
可能的应用包括照明面板、电视和移动显示器
表面等离子体和等离子体纳米贴片天线 表面等离子体激元是驻留在金属和周围电介质环境的界面上的电子的集体振荡
这种现象有助于产生大的电场，并在可见光和近红外区域提高数量级的衰减率，或者理想地用于有机发光器件
正在进行的有机发光二极管开发的大部分工作集中在最小化猝灭的激子能量损失，该能量损失作为热量耗散
在这里，富瑟拉等人
通过将能量耦合到有机发光二极管阴极的表面等离子体模式来优化器件
为了实现这一点，他们使用了一种磷光发射体，由一种缩写为DIC-TRZ的材料作为主体，缩写为2，4-二苯基-6-双(12-苯基吲哚)[2，3-a]咔唑-11-基)-1，3，5-三嗪
等离子体纳米粒子结构的注释器件叠层
注意，玻璃/氧化铟锡层和银纳米立方体没有按比例绘制，而其余层相对于彼此按比例绘制，以提供器件结构的表示
其中ETL:电子传输层，HBL:空穴阻挡层，EML:发射层，EBL:电子阻挡层，HTL:空穴传输层，HIL:空穴注入层，EIL:电子注入层
间隙:阴极和银纳米立方体之间的空间
学分:自然，doi: 10
1038/s 14586-020-2684-z 该团队通过随机排列银纳米立方体来耦合光，银纳米立方体通过电介质层与银阴极隔开，并将该设备命名为等离子体纳米贴片天线，尽管设计范例不同于先前工作中使用的等离子体纳米贴片架构
与参考装置相比，这里开发的等离子体纳米粒子实现了近三倍的稳定性增加
等离子体纳米粒子放大器的更薄的器件结构在寿命测试期间没有引起短路，并且在不损失效率的情况下实现了器件稳定性的显著增强
等离子体增强的寿命和效率 在实验装置中，等离子体纳米贴片天线(NPA)具有透明阳极，以通过其结构中随机排列的银纳米立方体将耦合到银阴极的表面等离子体模式的能量转换成光子，以促进从器件顶部的光发射
他们指出，从等离子体纳米贴片天线顶部发射的光的外部量子效率为8%，而没有纳米立方体的相同设备的顶部发射外部量子效率(TE EQE)仅为负1%(-1%)；突出纳米立方体在外耦合中的重要性
Fusella等人
有意设计具有同时顶部和底部发射的结构，以帮助等离子体纳米贴片天线区分耦合入和散射出的能量与未耦合入等离子体模式的能量(底部发射)
当将这一实验概念转化为商业设备时，科学家需要通过将所有激子耦合到等离子体激元模式或者通过使用不透明的金属阳极将底部发射光反射回设备顶部来消除任何底部发射光
等离子体增强的寿命和效率
在80毫安厘米2的固定电流密度下，对等离子体粒子加速器、标准粒子加速器和薄EML粒子加速器进行加速老化稳定性测量
(二)等离激元等离子体波的EQE曲线、标准等离激元等离子体波和薄EML等离激元等离子体波
插图显示了归一化为0的EQE曲线
1mA·cm-2，表明等离子体激元净功率放大器的效率下降
器件叠层的示意图显示在每个EQE曲线附近，并指示相对于阴极的EML厚度和位置的变化
等离子体纳米粒子、标准粒子和薄EML粒子的瞬态电致发光，显示等离子体纳米粒子的激发态寿命缩短
虚线表示每条曲线的双指数拟合
等离子体非纳米粒子瞬态(为清楚起见省略)与等离子体纳米粒子几乎相同
学分:自然，doi: 10
1038/s 14586-020-2684-z 等离子体纳米贴片天线的光学特性 接下来，科学家们研究了研究中所研究的三种器件的发射层内部的激子动力学，包括: 等离子体纳米贴片天线(NPA)标准有机发光器件包含有机磷光体(PHOLED)薄发射层(PHOLED) 其中，等离子体纳米粒子放大器在高电流密度下保持其外部量子效率(EQE)相对优于参考器件，同时衰减时间更短，因此稳定性更高
具有从平面银阴极分离的75纳米银纳米立方体的等离子体纳米粒子放大器的器件结构有助于其高的外部量子效率
这种结构偏离了典型的基于贴片天线的方法，允许表面等离子体耦合到平面银阴极，而银纳米立方体执行向外耦合
该机制在不损害设备架构的情况下提高了宽带速率
等离子体纳米粒子的测量和模拟光学特性
有机发光二极管内垂直偶极子的模拟电场强度图，没有(左)和有(右)银纳米管
地图在0纳米处沿X方向重叠
当银立方体存在时，在银立方体和银膜之间以及在银立方体的角部(自由空间的辐射源)处，电场强度显著增加
等离子体激元的热电离/热电离光谱图(实线)，显示等离子体激元外耦合的光谱形状
热电比偏移是为了强调红外(聚吡咯)3的本征发射光谱(虚线)没有很好地与非质子酸外耦合对准
(3)模拟了偶极距银阴极20纳米的热电EQE与波长的关系，有(顶部)和没有(底部)银纳米立方体
偶极方向——垂直(蓝色箭头)、水平(红色箭头)或各向同性(黑色箭头)——表示在每个EQE曲线旁边
用银纳米立方体模拟的EQE曲线是多次模拟的平均值
学分:自然，doi: 10
1038/s 14586-020-2684-z Fusella等人
然后使用有限差分时域建模来计算器件的外部量子效率，以估计其最终效率，并且在将银纳米立方体结构包括到仿真中之后，预测值没有显著增加
结果与实验结果非常一致
尽管模拟外部量子效率的结果是有希望的，但它们仍然比以前工作中观察到的结果低得多
因此，该团队的目标是在未来的研究中重新设计纳米立方体结构，以提高器件的外耦合效率
就这样，迈克尔A
富塞拉和他的同事通过表面等离子体耦合提高了衰减速率，从而增强了有机发光器件的稳定性
通常，这种策略不利于器件的整体性能，但在这种情况下，这种设置提高了器件架构的稳定性，从而建立了平行的有机发光二极管开发路径
完全优化的器件几何形状将允许外部量子效率大于40%，并具有更高的稳定性
这项工作为有机发光二极管设计提供了一个新的范例，为低成本照明面板应用和超快高亮度应用铺平了道路
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