Eintrag in der Universitätsbibliographie der TU Chemnitz
Volltext zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-1027284
Morgenstern, Annika
Salvan, Georgeta (Prof. Dr.) ; Schondelmaier, Daniel (Prof. Dr.) (Gutachter)
Spin Dynamics in Organic Materials and Their Potential for Hydrogen Sensing Applications
Spin-Dynamik in organischen Materialien und ihr Potenzial für Wasserstoffsensoranwendungen
Kurzfassung in deutsch
Organische Halbleiter zeichnen sich durch ihre molekulare, ungeordnete Struktur und ihre vielseitigen Anpassungsmöglichkeiten aus. Sie bieten ein hohes Potenzial für optoelektronische Anwendungen wie organische Leuchtemitterdioden oder Sensoren. Ein entscheidender Fortschritt der letzten Jahre ist die Entwicklung hocheffizienter Emittermaterialien, die den Prozess der thermisch aktivierten verzögerten Fluoreszenz (TADF) nutzen. Diese Materialien erlauben eine nahezu vollständige Nutzung der angeregten Zustände und haben damit die Effizienzgrenzen klassischer Fluoreszenzmaterialien überwunden. Die Umwandlung von Singulett- in Triplettzustände, die für das Erreichen maximaler Effizienz entscheidend ist, ist jedoch bislang nur teilweise verstanden. Vor diesem Hintergrund gewinnen organische Magnetfeldeffekte (MFE) zunehmend an Bedeutung, da sie wertvolle Einblicke in die Spin-Dynamik sowie das Potenzial organischer Materialien für spintronische Anwendungen liefern. Die meisten organischen Materialien zeigen unter externen Magnetfeldern Veränderungen in Leitfähigkeit und Elektrolumineszenz. Dies ermöglicht die gezielte Untersuchung spinabhängiger Prozesse wie Hyperfeinwechselwirkungen, Spin-Bahn-Kopplung und Triplet-Effekte. Diese Arbeit untersucht die Spin-Dynamik in intra- und intermolekularen TADF-Systemen und beleuchtet das Potenzial organischer Halbleiter für gas-sensorische Anwendungen. Der Fokus liegt auf Materialien ohne langreichweitige magnetische Ordnung, sodass die beobachteten Effekte direkt lokalen Spin-Wechselwirkungen zugeordnet werden können. Im Rahmen dieser Promotion ermöglichte ein selbstentwickelter Aufbau zur Messung organischer MFE erstmals eine statistische Auswertung der Daten dank effizienter Messzeiten. Im ersten Teil dieser Arbeit wurde ein intermolekularer Ladungstransferzustand untersucht. Die experimentelle Analyse und innovative mathematische Modellierung der gemessenen Daten identifizierten die dominierenden Transportmechanismen, einschließlich der Triplett-Triplett-Annihilation. Im zweiten Teil wurde der Ladungsträgertransport in carbazolbasierten intramolekularen TADF-Emittern analysiert. Eine Isotopenstudie zeigte, dass die Spin-Bahn-Kopplung stärker als die Hyperfein-Kopplung ist und damitmaßgeblich die Linienform der MFE bestimmt. Ergänzende temperaturabhängige Magnetfelduntersuchungen und quantenchemische Rechnungen belegten zudem, dass neben der klassischen Rückwärts-Intersystem-Kreuzung ein zweiter, über den energetisch höheren $T_2$-Zustand verlaufender Spin-Bahn-gekoppelter Kanal existiert. Abschließend wurde die Übertragbarkeit auf sensorische Anwendungen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass organische Materialien tatsächlich zur Wasserstoffdetektion eingesetzt werden können. Grenzflächen- und Volumeneffekte führen dabei zu signifikanten Widerstandsänderungen, während externe Magnetfelder zusätzlich zur Modulation der Signalstärke genutzt werden können. Ein Vorteil dieses Prinzips besteht darin, dass keine Sauerstoffspülung erforderlich ist, wodurch sich Anwendungen in sicherheitskritischen Bereichen wie Brennstoffzellen eröffnen.
| Universität: | Technische Universität Chemnitz | |
| Institut: | Forschung Magnetooptik | |
| Fakultät: | Fakultät für Naturwissenschaften | |
| Dokumentart: | Dissertation | |
| Betreuer: | Salvan, Georgeta (Prof. Dr.) | |
| DOI: | doi:10.60687/2026-0056 | |
| SWD-Schlagwörter: | Organisches Halbleiterbauelement , Magnetfeldeffekt , Verzögerte Fluoreszenz | |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): | Organische Halbleiter , Thermisch aktivierte verzögerte Fluoreszenz , Organische Magnetfeldeffekte , Wasserstoffsensorik | |
| Freie Schlagwörter (Englisch): | Organic Semiconductors , TADF , Gas Sensors , Hydrogen Detection | |
| DDC-Sachgruppe: | Naturwissenschaften und Mathematik | |
| Sprache: | englisch | |
| Tag der mündlichen Prüfung | 24.02.2026 | |
| OA-Lizenz | CC BY 4.0 |
