台灣大學化學系教授周必泰領導的國際研究團隊，近來克服半世紀以來的「能量間隔定律」理論瓶頸，可望讓有機電致發光（OLEDs）應用邁進一大步。 國際頂尖期刊「自然光電 Nature Photonics」6 月底刊登周必泰團隊論文「利用激子－振動去耦合概念，克服能量間隔定律障礙，藉以製成高效率近紅外有機電致發光元件」，獲得學界重視。 再創空前紀錄！團隊降低「耦合」強度，推進 OLEDs 波長 這篇突破性研究始於周必泰於 2017 年與清華大學教授季昀、林皓武等人合作論文，將 OLEDs 波長推至 740 奈米，直到今日這 24 % 的發光效率仍是近紅外 OLEDs 的世界紀錄。 然而，要繼續推進到近紅外區（700 到 2000 奈米波長），就會遇到「能量間隔定律」理論限制。有機分子發光能量趨近到近紅外區時，原本要放光的激子（exciton）振動波函數，會跟基態高振動的波函數產生干涉作用，產生科學上的「耦合（coupling）」，本該放光的激子經由振動緩解，而以熱的形式消散。 台大團隊設法降低上述「耦合」的強度，尋求突破契機。研究團隊形容，就像是工人用鑽孔機挖路，機器的振動會傳給工人，使工人跟著強烈振動起來，然後經由摩擦的各種小振動轉變為熱，消散出去。如果有 3 名工人組合在一起鑽孔， 相互之間存在某種作用力關係，讓他們排列的非常整齊，在共振下使鑽孔機的振動由 3 人分攤，這時每名工人負擔便減弱到 1/3 ，理論上工人越多，效果就越好。 找出關鍵「鉑金屬化合物」排列數字，有效克服能量間隔定律！ 周必泰聯合清大季昀等人，設計合成新穎的鉑金屬化合物，藉著鉑與鉑之間的作用力，讓分子以某種作用力結合方式，一個個有秩序自組裝（self-assembly）在一起，一舉將鉑金屬錯合物的放光波長推到空前的 960 奈米。 隨後與中國大陸蘇州大學教授廖良生合作，獲得國際上首先突破紅外光至 960 奈米放光的 OLEDs ；台灣海洋大學教授洪文誼製成各類薄膜；淡江大學教授徐秀福協助在同步輻射 X 光的解析下，證實分子在薄膜狀態下具規則性排列。 最後，最艱難的挑戰是證明有多少數目鉑金屬分子排列在一起，產生的激子能有效的和振動去耦合。論文的第一作者、台大化學系博士生魏佑臣，利用先進的雙激子吸收瞬態光譜，求得 8 至 9 個鉑金屬化合物排列是有效的激子共振範圍。 在上述團隊成員合作下，理論與實驗相互印證，打破半世紀以來的瓶頸，可望讓 OLEDs 在近紅外的應用，如生醫紅外影像、紅外線醫療、手機紅外辨識、測距夜視等領域邁進一大步。