Subwellenlängen molekulare opto-elektronische Bauelemente basierend auf plasmonischen Nano-Antennen

• Antragsteller: Professor Dr. Bert Hecht; Professor Dr. Jens Pflaum
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 281419165

Wir schlagen einen neuen Ansatz für organische Leuchtdioden (OLEDs) vor, welcher auf der Integration einer ultradünnen geschichteten funktionalen molekularen Architektur in resonante plasmonische Nanoantennen mit subwellenlängen Dimensionen beruht. Die metallische Nanoantenne verbessert dabei nicht nur die Lichtemission, sondern dient gleichzeitig als stabiler elektrischer Kontakt für die Ladungsträgerinjektion.Die Stärke dieses Konzepts liegt in der Tatsache, dass die Schlüsselfunktionen eines solchen hybriden organisch/metallischen optoelektronischen Bauelements, nämlich Ladungsträgerinjektion in eine molekulare Architektur, strahlende Ladungsträgerrekombination, sowie schließlich die Anregung von Plasmonen und Emission von Photonen, in ein einziges nano-elektro-optisches System mit Subwellenlängenabmessungen integriert werden. Das Design der Nanoantenne bestimmt dabei das Abstrahlmuster, die Emissionspolarisation, die Exzitonenlebensdauer und ihr Emissionsspektrum, und erlaubt daher eine grundlegende Kontrolle über den Prozess der Photonenemission und seine Dynamik. Durch das elektrische Adressieren verschiedener Antennenbereiche kann weitere Funktionalität in ein solches Nano-Pixel integriert werden. Abb. 1 fasst die Vision dieser Projektskizze zusammen und zeigt eine einkristalline Antennenstruktur auf ultradünnen organischen Transport- und Rekombinationsschichten und einem einkristallinen Gold Bodenkontakt.Unser Ansatz kann neue Perspektiven sowohl für OLED-Größe, -Effizienz, -Lebensdauer und -Strahlungseigenschaften als auch für neue elektrisch gepumpte plasmonische Hybridbauelemente eröffnen. Mögliche Anwendungen solcher elektrisch getriebener Subwellenlängenphotonenquellen liegen z.B. im Bereich der Display-Technologie mit sehr kleinen Pixelabmessungen für verbesserte Bildqualität und um in Zukunft brillenfreie 3D-Technologien oder semitransparente Displays zu ermöglichen. Unser Ansatz wird weiterhin auch neue Perspektiven für unkonventionelle nichtklassische Lichtquellen im Telekom-Spektralbereich eröffnen. Außerdem könnte es durch geeignetes Management von Verlusten, z. B. durch die Verwendung dunkler Resonanzen, möglich werden, das Regime der starken Kopplung zu erreichen, um elektrisch gepumpte Exzitonen-Polariton Physik und niedrigschwellige Laser zu studieren.Um das vorgeschlagene Konzept zu realisieren kombinieren wir das komplementäre Know-how zweier Arbeitsgruppen. Die Hecht Gruppe ist auf einkristalline Nanoantennen und Plasmonik spezialisiert. Der Schwerpunkt der Pflaum Gruppe liegt im Bereich organischer Halbleiter und deren Einsatz in optoelektronischen Dünnschichtbauteilen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen