Regulation of cobalt phthalocyanine spin-state transition by magnetic field and temperature for exciton manipulation in OLEDs

本研究聚焦磁场与温度对酞菁钴（CoPc）分子自旋态转换的调控机制及其对有机电致发光器件（OLED）性能的影响. 通过构建ITO/MoO₃/NPB/Alq₃:CoPc/CsCl/Al结构的 OLED 器件，结合光电磁一体化表征技术，系统探究了0-300 mT磁场及145-295 K温度范围内CoPc自旋态转换对激子分布的调控机制. 实验发现，磁场诱导Co²⁺离子从低自旋态（LS, t₂g⁵eg²）向高自旋态（HS, t₂g⁴eg³）转变，显著增强了交换相互作用（J），使单线态激子生成比例从25 %提升至约 27 %，并有效促进三线态-三线态湮灭（TTA）过程. 磁电致发光（MEL）测试表明，低磁场下 MEL 幅值快速上升，高磁场下趋于饱和且随电压升高而减小，掺杂CoPc的器件A较未掺杂的对比器件B更易进入饱和态. 电致发光光谱证实器件A中TTA为激子转化的主导机制，磁场通过增强TTA而提升器件发光效率. 温度效应研究显示，低温（145 K）下HS态激子生成概率因玻尔兹曼分布差异增大，MEL幅值提升43 %，同时载流子热运动减弱延长了自旋相干时间，但高电压下空间电荷效应会导致MEL信号饱和并减弱. 本研究为有机自旋电子器件性能优化提供了理论依据，揭示了CoPc 可调控自旋态对OLED性能的影响机制.