【發布日期】: 2024-11-20

由清華大學電機系楊尚達特聘教授率領的超快光電實驗室(Ultrafast Photonics Laboratory)團隊，與台灣大學化學系周必泰教授等跨國團隊合作，率先利用瞬態光柵光致發光(Transient Grating Photoluminescence, TGPL)光譜量測技術，首次觀測到先進深紅波段有機發光二極體(OLED)分子內具有短如72 飛秒的電荷轉移動態。本論文於2024年8月23日發表在影響力因子達14.5的頂級化學期刊《Journal of the American Chemical Society》上。

團隊成員清華光電所碩士生江梓誠同學表示，傳統上想解析比100皮秒(10^-10秒)更快的光致發光訊號大多仰賴上轉換螢光(upconversion fluorescence)或光學克爾閘門(optical Kerr gate)技術，但兩者分別有可觀測頻寬較窄、及訊號背景比偏低的缺點。TGPL架構以三階非線性和繞射偏折一舉克服了上述問題，大幅推進其應用。然而TGPL的時間解析度迄今止步於200飛秒。運用清大團隊獨特的多重薄片脈衝壓縮技術(Multiple Plate Continuum, MPC)後，我們實現了80飛秒等級的時間解析度紀錄，同時保有TGPL的高訊號背景比、高靈敏度、可寬頻量測的多項優勢。

新穎量測技術需要應用實例為其價值定錨。本研究探索的深紅OLED材料的特別之處在於合作方利用激發態分子內質子轉移(Excited-State Intramolecular Proton Transfer, ESIPT)的概念使材料分子結構在放光過程中改變，成功克服了紅光OLED受到能隙定律(energy gap law)影響而低效的問題，且同時得到僅40奈米的發光頻寬，具有高亮度、廣色域及高色彩準確度的優勢。透過清大團隊的MPC-TGPL量測系統，研究人員第一次成功地在實驗上捕捉到深紅OLED快速的分子結構改變過程，為紅光OLED材料背後的原理提供可靠的證據。

本研究具有廣泛的應用前景。透過追蹤受激電子的動態行為可以協助優化材料結構的設計，超高時間解析度更可以捕捉到過去容易被忽略的瞬態現象，對於新穎半導體、綠能材料或元件的開發、檢測有著極大的幫助。

詳細研究成果已發表於Journal of the American Chemical Society（J. Am. Chem. Soc. 2024, Vol 146, Issue 35, pp. 24526–24536 DOI: 10.1021/jacs.4c07364）之全文，標題：Multiple Enol–Keto Isomerization and Excited-State Unidirectional Intramolecular Proton Transfer Generate Intense, Narrowband Red OLEDs

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c07364

圖片來源：MPC-TGPL所量測到的瞬態光譜演變（圖片版權屬於American Chemistry Society，已獲使用授權）。

 圖片來源：新穎OLED材料的超快分子結構演變圖（圖片版權屬於American Chemistry Society，已獲使用授權）。

本文所用圖片與數據來自發表於《Journal of the American Chemical Society》的論文，版權屬於American Chemistry Society，並已獲授權使用。未經許可，請勿轉載或商業使用。