유기 바카라 규칙의 스핀 전환 전이 상태 이해

거의 100% 효율로 전기를 빛으로 변환열 활성화 지연 형광 (TADF)^*1)바카라 규칙들은 차세대 유기농 EL 물질로 큰 관심을 끌고 있습니다 TADF 현상이 발생하는 열쇠는 가장 낮은 싱글 렛 흥분 상태입니다 (S₁) 및 최저 트리플렛 여기 상태 (T₁)라는 두 상태에서 상호 "스핀 변환"입니다 따라서 TADF 재료 연구에서 목표 중 하나는 "스핀 변환을 효율적으로 수행하는 방법"입니다 TADF 바카라 규칙의 스핀 전환에 대한 연구가 전 세계에서 수행되었습니다 그러나, 스핀 변환을 중재 할 것으로 예상되는 필수 "전이 상태"는 명확하지 않았다

Kyushu University의 최첨단 유기농 광학 전자 연구 센터 (Noda Daiki (3 학년 박사 과정), Nakanotani Kazushi 부교수, Adachi Chihaya 이사 및 기타)분석 측정 표준 연구 부서(최고 연구원, Hosogai Takuya)와 Georgia Institute of Technology (Jean-Luc Brédas 교수, Xian-Kai Chen, et al)는 TADF 바카라 규칙, 특히 실험 및 이론적 계산에서 전이 상태에서 스핀 전환 과정의 상세한 역학을 성공적으로 설명했습니다

연구 결과 포인트

이 연구는 일본 과학 기술 기관 (JST) Erato의 "Adachi Molecular Exciton Engineering Project"(JPMJER1305)와 과학 연구에 대한 보조금 (18H02047, 18H03902)의 지원으로 수행되었습니다 이 연구 결과는 2019 년 9 월 3 일 화요일 (일본 시간) 자정에 개최됩니다자연 재료"의 온라인 버전으로 출시됩니다

열 활성화 지연 형광 (TADF)^*1)를 보여주는 유기 바카라 규칙 전기 에너지를 거의 100% 효율로 광학 에너지로 변환 할 수 있으며 전 세계에 많은 연구를 진행하고 있기 때문에 차세대 유기 ELS의 재료로서 많은 관심을 끌고 있습니다 TADF 현상이 발생하는 열쇠는 가장 낮은 싱글 렛 흥분 상태입니다 (S₁) 및 최저 트리플렛 여기 상태 (T₁)라는 다른 전자 방향 (스핀)을 갖는 바카라 규칙 상태 사이의 "스핀을 변환하는 방법"의 시점에 요약된다 당연히이 상호 스핀 변환의 첫 번째 및 끝 상태는 s₁또는 t₁그리고 자명합니다 그러나 스핀 변환 과정에서 미디어가되는 전이 상태 및 동적 프로세스는 지금까지 블랙 박스에서 발견되었으며 명확하지 않았습니다 이 전이 상태를 설명 할 수 있다면,이 지식을 바카라 규칙 설계에 다시 공급하고 방출 수명을 "자유롭게"제어하는 유기 바카라 규칙를 만들 수 있으며, 유기농 EL뿐만 아니라 생물 이메이징 및 특수 INKS에서도 다양한 응용 분야에 널리 배치 될 것으로 예상됩니다

이 연구는 TADF 현상, Kyushu University의 최첨단 유기 광학 전자 연구 센터 (연구 분야 : 바카라 규칙 설계, 합성 특성 및 흥분성 평가)를 나타내는 유기 바카라 규칙에서 스핀 전환 과정의 블랙 박스를 풀기위한 것을 목표로합니다빠른 과도 흡수 분광학 측정) 및 Georgia Institute of Technology (연구 분야 : 이론 및 양자 화학 계산) 연구 그룹은 유기적으로 협력하여 연구를 수행했습니다

이 연구는 처음으로 다수의 전자 공여체 그룹 및 전자 수용체 그룹으로 구성된 TADF 바카라 규칙에서 스핀 전환이 특정 전이 상태를 통해 진행되는 것을 실험적으로 입증했다 또한, 전이 상태의 기원은 TADF 바카라 규칙를 구성하는 "부분 바카라 규칙 구조^*2)"에서 파생 된 전자 상태입니다 바카라 규칙 진동으로 인한 전자 구조 변화에 대해 설명합니다 (유기 합성, 바카라 규칙 광학 특성 측정,빠른 과도 흡수 분광학 측정^*3)등을 사용하여 이론적 계산과 전이 상태의 관찰을 설명하는 데 성공했습니다 이러한 결과는 일련의 TADF 바카라 규칙의 스핀 변환 특성에 대한 통일 된 설명을 허용합니다 이 연구에서 설명 된 메커니즘은 스핀 변환 특성을 자유롭게 제어 할 수있는 바카라 규칙 설계에 대한 기본 지식을 제공합니다

이 연구에서 얻은 지식을 활용함으로써, 우리는 매우 효율적이고 내구성이 높은 TADF 바카라 규칙를 개발했으며 Kyushu University Venture Company와 협력하여 차세대 유기농 EL을 실질적으로 사용하는 것을 목표로합니다 몇 밀리 초 이상의 매우 긴 발광 수명을 나타내는 매우 효율적인 TADF 바카라 규칙를 개발할 수도 있습니다 일반적으로, 발광 수명이 길어진 발광 재료는 유기 EL에 적합하지 않지만자가 형광이 우려되는 특수 잉크의 생체 영양 염료에 발광 염료로 매우 유용합니다 앞으로, 우리는 또한 이러한 응용 분야에 적합한 바카라 규칙 설계에 대해서도 작업 할 것입니다

종이 이름 : 여러 공여자 및 수용자를 갖는 전하 전송 유형 유기 바카라 규칙에서 스핀 플립 공정을위한 중간 전자 상태의 중요한 역할
잡지 이름 : 자연 재료 doi : 101038/s41563-019-0465-6
저자 : Hiroki Noda, Xian-Kai Chen, Hajime Nakanotani*, Takuya Hosokai, Momoka Miyajima, Naoto Notsuka, Yuuki Kashima, Jean-Luc Brédas*및 Chihaya Adachi*

*1) 열적으로 활성화 된 지연 형광 (TADF) :

최소 흥분성 삼중 항 상태 (t₁) 및 가장 낮은 여기 싱글 스테이트 (S₁) 간의 에너지 차이 (∆E_st)가 매우 작 으면 바카라 규칙는 T₁to s₁로 스핀 변환이 발생합니다 그런 다음 S₁형광이 방출되지만 원래 s₁티₁를 통해 발생하는 지연 형광 열 활성화 지연 형광 (TADF)이라고합니다[참조로 돌아 가기]

*2) 부분 바카라 규칙 구조 :

아래 다이어그램은 부분 바카라 규칙 구조의 개념의 예를 보여줍니다 일반적으로 TADF 바카라 규칙는 작은 ∆E_st를 실현하기 위해, 아래에 표시된 예에서 전자 수용체 그룹 (ISOPHTHALONITRILE (IPN))에 전자 공여체 그룹 (PHCZ)이 포함되어 있습니다 또한, 에너지 수준은 각각의 위치 및 대체 수에 따라 다릅니다 아래 다이어그램에 표시된 예에서, 4CZIPN은 가장 활력 적으로 안정적인 바카라 규칙이지만, 4CZIPN과 같은 인수 화를 구성하는 부분 바카라 규칙 구조를 고려함으로써 4CZIPN의 높은 에너지 수준을 구성하는 전자 상태를 예측할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

*3) 빠른 과도 흡수 분광학 측정 :

펌프-프로브 과도 흡수 분광법으로 알려진 photoxcited state (이 경우 텍스트에 언급 된 "특정 전이 상태")에서 생성 된 단기간 종을 감지하는 분광법을 나타냅니다 여기 광으로 샘플의 여기 후, 감지 된 빛이 늦게 조사되고, 전달 된 광 강도 (광 흡수량)는 그 기간 동안 생성 된 여기 종을 검출하기 위해 측정된다[참조로 돌아 가기]