NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg...

18
NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet

Transcript of NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg...

Page 1: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

NanoFMF: Plastik og kvantemekanik

Thomas Garm Pedersen

Inst. for Fysik og Nanoteknologi

Aalborg Universitet

Page 2: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Discovery of conducting plastics

Alan Heeger

Alan G. MacDiarmid

Hideki Shirakawa

Nobel Prize in Chemistry 2000

Page 3: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Polyacetylene and Polyethylene

Polyacetylene:

unsaturated

Polyethylene:

saturated

Page 4: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Light emitting plastics at AAU

400 500 600 700 800 9000

1000

2000

3000

Ele

ctro

lum

ines

cenc

e

Wavelength [nm]400 500 600 7000

250

500

750

1000

1250

ITO/LPPP/Ca

Ele

ctro

lum

ines

cenc

e

Wavelength [nm]

Page 5: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Typical polymers

poly(para-phenylene-vinylene)

poly(para-phenylene)

Page 6: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

OLED design

Page 7: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Understanding the color

34

8

Energy - frequency:

Frequency - wavelength:

6.63 10 Js (Planck's constant)

3 10 m/s (Speed of light)

E hhc

cE

h

c

Page 8: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Quantum levels

2 2

2

34

30

Energy : , 1, 2,3,......8

6.63 10 Js (Planck's constant)

0.91 10 kg (Electron mass)

n

h nE n

mL

h

m

Small space means large energy!

Page 9: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Geometry and color

Blue (440 nm)

Green (500 nm)

Infrared (2500 nm)

Page 10: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Polymers with rare-earth atoms

Polymer synthesized by AAU

chemistry department

(D. Yu and K. Zhu)

New infrared emitting polymers?

Page 11: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

More Info:

http://www.physics.aau.dk/~tgp/oleds_tgp.pdf

Page 12: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Quantum Physics

2 2

2

2 2 2 2 2

2 2 2 2 2

2 2

2 2

Electron waves:

momentum , energy 2 2

2wave function ( ) sin

( ) 4( ) ( )

8 8 2

( )Schrödingers equation: ( )

8

h p hp E

m mx

x A

h d x h hx x

m dx m m

h d xE x

m dx

Page 13: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Standing waves

2 2 2

2 2

34

30

Allowed wavelengths: 2 / , 1, 2,3,....

Energy 2 8

6.63 10 Js (Planck's constant)

0.91 10 kg (Electron mass)

n

L n n

h h nE

m mL

h

m

Page 14: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Waves in atomic chains2 2

2 2

1 1

1

21 1

2 21

21 1

2 2

( )Schrödingers equation: ( )

8( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )

,

( ) 2 ( ) ( )( ) 1 ( ) ( )

( ) 2 ( ) ( )(

8

n n n n

n n

n n n

nn n

n n n

h d xE x

m dxx x x xd x d x

dx d dx d

x x xd x d x d x

dx d dx dx d

x x xhE

m d

2 2

2 2 2 2

)

Notation: ( ), ,8 4

n

n n

x

h hx

md md

1 1( )n n n nE

Discrete Schrödinger eq.

Page 15: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Two atoms

1 2 1 1

2 1 2 2

2 2

0

( ) 0

E E

E E

E E

Page 16: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Four atoms

1 2 1 1

2 1 3 2 2

3 2 4 3 3

4 3 4 4

0 0

00

0

0 0

(1 5) / 2, (1 5) / 2

E E

E E

E E

E E

E E

Page 17: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Longer chains

2 4 6 8 10 12 14 16n

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

ygrenE

Band gap

Page 18: NanoFMF: Plastik og kvantemekanik Thomas Garm Pedersen Inst. for Fysik og Nanoteknologi Aalborg Universitet.

Alternating chains

Band gap

2 4 6 8 10 12 14 16n

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

ygrenE