近日，华南先进光电子研究院周国富教授团队刘飞龙副研究员课题组在物理类顶级期刊《Physical Review Applied》发表了题为“Dilution-induced current-density increase in disordered organic semiconductor devices: A kinetic Monte Carlo study”的研究成果，该论文获得编辑推荐（Editors' Suggestion）并在期刊主页上高亮展示（如图1所示），该期刊被接收的所有论文中只有不超过前15%的优秀论文入选。
周国富教授团队刘飞龙副研究员在“光信息物理与技术”领域，针对光信息器件物理有多年深入的理论研究基础。理解光电器件的工作原理，对于新型显示、半导体等应用领域具有重要的科学意义。以有机发光二极管为例，理解其基本器件物理特性对于进一步设计和优化材料以及提高效率至关重要。实验证明，稀释某些无序有机半导体可显著提高器件的电流密度[Nat. Mater. 15, 628 (2016)]。然而，实验分析稀释效应可能会受到各种复杂效应的阻碍，例如相分离区的形成和稀释对能量无序的影响。迄今为止，人们还没有阐明完整的物理理论解释。
刘飞龙课题组使用三维动力学蒙特卡罗模拟，系统地研究了惰性材料稀释对单极三明治型无序有机半导体器件中电流密度的影响（如图2所示）。与传统半导体物理理论不同，将无序有机材料掺杂入惰性材料进行稀释后，由于“陷阱稀释”效应，其电流电压特性可以得到增强，本论文系统性地研究了其内在物理机制。仿真结果证实了这种效应是由先前提出的陷阱稀释引起的，并显示了陷阱稀释引起的电流密度增加何时会超过稀释引起的迁移率下降的负面效应。还进一步研究了稀释程度、层厚度、测量条件（电压和温度）以及平均跳跃距离（通过改变电子波函数衰减长度）的敏感性。并提出原创性的解析物理模型，很好地描述了三维模拟的结果，并与实验结果相符。这些发现揭示了器件物理机制，可用于设计性能更优化的光电器件和半导体器件。
刘飞龙为我校在“双一流”物理学科建设的背景下于2021年引进的应用物理类青年拔尖人才，2022年入选广东省海外高层次人才引进计划（青年拔尖），入职后以华南师范大学为第一单位已在Physical Review Applied期刊发表第一/通讯作者论文4篇，已在新型显示器件物理领域提出多项原创性的新理论、建立新的物理模型，并开发实现原创自主的理论模拟工具。华南师范大学刘飞龙副研究员与周国富教授、华南理工大学牛泉研究员为共同通讯作者。华南师范大学杨菲玲（2021级硕士生）为本论文的第一作者。华南师范大学特聘教授荷兰皇家科学院院士Reinder Coehoorn、荷兰埃因霍温理工大学Peter Bobbert教授、Harm van Eersel博士、中科院微电子所王嘉玮副研究员为共同作者。
该研究为我校“双一流”物理学科“光信息物理与技术”特色方向建设支持下取得的原创性物理类成果，支撑物理学二级学科和交叉学科的发展。该研究得到了国家重点研发计划“新型显示与战略性电子材料”专项项目(No. 2023YFB36113001)、广东省海外高层次人才引进计划（青年拔尖）项目、国家自然科学基金项目(No. 62005083)、广州市科技计划项目(No. 2019050001)、广东省领军人才计划(No.00201504)、教育部“长江学者和高校创新团队发展计划”资助项目(No. IRT 17R40)、广东省光信息材料与技术重点实验室(No. 2023B1212060065)、国家绿色光电子国际联合研究中心、教育部光信息国际合作联合实验室及国家高等学校学科创新引智计划111引智基地-光信息引智基地的支持。
论文链接：https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.21.014050
作者/通讯员:华南先进光电子研究院 华南先进光电子研究院 | 来源:华南先进光电子研究院 | 编辑:陈婧
