一种基于非手性分子材料，实现自旋谷锁定的圆偏振电致发光的方法

本发明涉有机光电领域，具体地说，我们使用非手性有机分子材料生长出高质量单晶作为发光层，采用通过上下银电极构成的微腔结构，通过光子自旋轨道耦合（soc）制备了一种高性能的圆偏振有机发光二极管。

背景技术：

1、具有窄带发射的cp-oleds 器件因其在三维显示、量子计算和其他光子技术中的潜在应用而受到广泛关注。一般来说，圆偏振光可以通过商用3d显示面板中的线性偏振器和四分之一波片由非偏振光产生，但这总是导致亮度的显著损耗和对比度的降低。一种前瞻性的策略是直接从有机发光二极管有源产生圆偏振光。基于手性微扰策略或非手性分子由于对称性破坏而形成的手性组装体，人们致力于开发新的材料作为有机发光二极管的发射层，并揭示了手性结构和圆偏振性质之间的关系。然而，这些方法无法满足器件性能的要求，如高不对称因子、高方向性、窄带发射、简化器件结构和低成本等。受凝聚态物理学中操纵电子自旋自由度的启发，光子的偏振自由度也可以通过soc来操纵，其中光子的偏振类似于电子的自旋特性其中，有机晶体发展迅速，因为其大的各向异性，加上腔诱导的横向电/横向磁（te-tm）分裂和出射光学活动，可以贡献合成的有效哈密顿量来操纵腔光子的偏振，实现局部光学非平凡带几何，具有不同光子soc的有机微晶的这一优势为使用非手性材料开发cp-oleds提供了新的机会。

技术实现思路

1、本发明涉及生物成像及有机光电领域，具体地说，我们设计合成了一种具有优异光电性能的非手性分子材料bpdbna，基于光子自旋轨道耦合，制备了一种高性能cp-oleds。

2、本发明的目的是发展高不对称因子、高方向性、窄带发射、简化器件结构和低成本的cp-oleds。根据文献报道，基于光子自旋轨道耦合，使用非手性材料开发cp-oleds在未来三维显示器和芯片上集cp-oleds的实际应用有着很大的应用前景。

3、本发明公开了一种基于soc，将微腔与oled结构结合，将有机单晶巨大的各向异性，加上微腔诱导的te-tm分裂和出射光学活动在oled结构的光子带中构建了合成的倾斜谷，并赋予这种具有窄带发射的圆偏振电致发光自旋谷锁定特性，具体步骤包括：

4、首先利用4,4'-联苯二甲醛和2-萘乙腈通过horner-wadsworth-emmons反应合成得到一种具有优异光电性能的非手性材料分子bpdbna，随后通过物理气相沉积的方法生长出尺寸在100μm以上,厚度大部分在700 nm左右的bpdbna有机单晶作为cp-oleds 的发光层，通过真空蒸镀的方法，首先蒸镀下层银电极和空穴注入层，随后转移晶体并覆盖一层掩模版，再蒸镀电子注入层和上层银电极，以此得到具有微腔结构的cp-oleds，使用自健的微区傅里叶成像系统测量了室温 298 k下 bpdbna cp-oled的角分辨反射谱、光致发光光谱和电致发光光谱，证明其发光为具有自旋谷锁定特性的圆偏振发光，并且测量了在真实空间中，左右旋圆偏振光是分开的，最后通过使用keithley 2400直流源表和自建微区傅里叶成像光谱检测装置对电致发光器件的电学性能进行测试，该器件有着最高亮度接近98000cd/m2，和3.65的eqe值。

5、应当理解的是，本发明的优点将在随后的说明书中阐述，并且一下的详细描述都是范例和解释性的。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

技术特征：

1.一种基于非手性分子材料，实现自旋谷锁定的圆偏振电致发光的方法，其特征在于：基于各向异性有机晶体的非共振线性双折射，结合微腔诱导的横电/横磁劈裂可以通过自旋轨道耦合使具有相反cp特性的光子被选择性地寻址到不同的光学谷，从而实现圆偏振发射。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：首先通过设计合成了具有高发射高传输性能的非手性的有机分子材料(2z,2’z)-3,3-([1,1’-联苯基]-4,4’二基)双(2-(萘-2-基)丙烯腈，即bpdbna，并通过气相沉积的方法生长有机单晶作为圆偏振有机发光二极管（cp-oleds）的发光层，有机单晶的荧光量子产率为78±5%。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：使用有机真空镀膜机在干净的硅衬底上蒸镀底部银电极(厚度约150 nm，反射率＞99%)作为反射镜和阳极，然后蒸镀了一层三氧化钼(厚度约6nm)和一层c60 (厚度约3nm)作为空穴注入层，通过接触转移的方法将尺寸在100μm以上,厚度约为700nm的 bpdbna 有机单晶转移到该基底上并覆盖一层掩模板，之后再次使用有机真空镀膜机蒸镀了一层1,3,5-三 (1-苯基-1h-苯并咪唑-2-基)苯(厚度约3nm)作为电子注入层，最后蒸镀顶部银电极(厚度约35nm，反射率约为50%) 作为阴极和顶部反射镜，上下银层同时也构成上下微腔结构，去掉掩膜版即可制得cp-oleds。

4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于：使用自制的微区傅里叶成像系统测量了室温 298 k下 bpdbna cp-oled的角分辨反射谱，通过自旋轨道耦合在倒易空间中分别在488nm，±20°处产生反交叉，并对特定波段的贝里利曲率进行了模拟计算。

5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于：使用自制的微区傅里叶成像系统，通过405nm连续激光激发bpdbna cp-oled测量得到光致发光光谱，具有相反cp特性的el发射表现出选择性地寻址到两个光学谷，并且它们的发射角分别为20º和-20º 。

6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于：使用自制的微区傅里叶成像系统测量了室温 298 k下 bpdbna cp-oled的电致发光光谱，并使用自制的角位台对器件进行原位旋转，从而可以得到不同角度下有cp-oled的电致发光光谱，具有相反cp特性的el发射表现出选择性地寻址到两个光学谷，并且它们的发射角分别为20º和-20º,这与光致发光谱是一直对应的，并且圆偏振度最高达1.8。

7.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于：使用自制的微区傅里叶成像系统测量cp-oled在电激发下真实空间中的光斑，并通过线偏振片和四分之波片对左右旋圆偏振光进行了分离。

8.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于：使用keithley 2400直流源表，通过电激发cp-oleds实现均匀的顶部发射，并采用自建微区傅里叶成像光谱检测装置对电致发光器件的电学性能进行测试，该器件有着高亮度接近98000 cd/m2，和3.65的eqe值。

技术总结
本发明公开了一种基于非手性分子材料，实现自旋谷锁定的圆偏振电致发光的方法。设计合成了一种强发射和高传输性能的非手性有机材料分子BPDBNA，采用物理气相沉积的方法生长单晶作为发光层，并构建出圆偏振电致发光器件，该器件表现出相反圆偏振光特性的光子选择性地寻址到两个光学谷并且在真实空间中，左右圆偏振光在原场分开。最后使用Keithley 2400直流源表和自建微区傅里叶成像光谱检测装置对该器件进行电学性能测试，该器件有着高亮度接近98000cd/m<supgt;2</supgt;，和3.65的EQE值，不对称因子达1.8，这一策略为三维显示和芯片上圆偏振电致发光器件的实际应用开辟了道路。

技术研发人员：廖清,邓一博,付红兵
受保护的技术使用者：首都师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12