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

Upload: lucas-chriss

Post on 14-Dec-2015

219 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

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