Espectroscopia e microscopia ultrarrápida de bombeio e prova em semicondutores orgânicos

Resumo

Dispositivos optoeletrônicos baseados em materiais orgânicos conjugados estão se tornando uma alternativa atrativa para os seus homólogos inorgânicos, devido ao seu baixo custo e maior versatilidade, uma vez que combinam propriedades semicondutoras com a processabilidade e a diversidade química de polímeros e moléculas pequenas. Células solares orgânicas, fotodetectores e diodos emissores de luz são exemplos de tais dispositivos. No entanto, melhorias em suas performances e tempo de vida dos dispositivos dependem de um conhecimento profundo sobre a fotofísica e processos eletrônicos que ocorrem nesses materiais. Nesta proposta pretendemos investigar a dinâmica dos processos optoeletrônicos fundamentais que são relevantes para dispositivos orgânicos, tais como transferência de energia ou de carga, com um aparato no estado da arte situado na instituição hospedeira italiana (POLIMI), e que combina resolução temporal ultrarrápida (~ 100 fs) e resolução espacial submicrométrica. Durante a estadia do candidato no POLIMI, ele vai se familiarizar com a configuração complexa do aparato, combinando a espectroscopia ultrarrápida de bombeio e prova tradicional (PPS, do inglês Pump-Probe Spectroscopy) com um microscópio confocal, e usá-lo para investigar a eficiência e a dinâmica de transferência de carga e/ou energia em materiais orgânicos, incluindo polímeros conjugados que podem ser utilizados em diodos emissores de luz e células solares. Ele também irá implementar um aparato para investigar a dinâmica ultrarrápida de processos interfaciais, baseado na PPS com pulsos de bombeio no visível e prova por geração de segundo harmônico (SHG, do inglês Second-Harmonic Generation). Este experimento de bombeio visível-prova SHG é intrinsecamente sensível à formação de campos elétricos interfaciais devido à transferência de carga fotoinduzida, e será inicialmente utilizado para estudar a formação da dupla camada elétrica na interface polímero conjugado/eletrólito, que é relevante para os estudos corentes do grupo italiano sobre estimulação fotoinduzida de neurônios para aplicação em retina artificial. A experiência adquirida durante esta estadia será muito útil para o nosso plano de implementar um aparato para espectroscopia ultrarrápida no IFSC-USP, que poderia se tornar um laboratório pioneiro na pesquisa em espectroscopia ultrarrápida de materiais eletrônicos orgânicos no Brasil, além de poder iniciar uma colaboração de longo prazo entre os grupos do IFSC-USP e POLIMI. (AU)