We demonstrate electroluminescence from Frenkel molecular excitons ultrastrongly coupled to photons of a metal-clad microcavity containing a 2,7-bis[9,9-di(4-methylphenyl)-fluoren-2-yl]-9,9-di(4-methylphenyl)fluorene emissive layer. Thin layers of molybdenum oxide and 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline are used as hole and electron injection layers, respectively. The fabricated devices exhibit an electroluminescence threshold of 3.1 V, a value that is below the bare exciton energy. This result is found to be independent of detuning and consistent with a two-step process for polariton formation. Moreover, we investigate the quantum efficiency of carrier to polariton to photon conversion and obtain an external quantum efficiency of 0.1% for the fabricated structures, an improvement of 5 orders of magnitude over previous reports.

1.
P.
Savvidis
,
J.
Baumberg
,
R.
Stevenson
,
M.
Skolnick
,
D.
Whittaker
, and
J.
Roberts
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
1547
(
2000
).
2.
H.
Deng
,
G.
Weihs
,
D.
Snoke
,
J.
Bloch
, and
Y.
Yamamoto
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
100
,
15318
(
2003
).
3.
K. G.
Lagoudakis
,
M.
Wouters
,
M.
Richard
,
A.
Baas
,
I.
Carusotto
,
R.
André
,
L. S.
Dang
, and
B.
Deveaud-Plédran
,
Nat. Phys.
4
,
706
(
2008
).
4.
A.
Amo
,
J.
Lefrère
,
S.
Pigeon
,
C.
Adrados
,
C.
Ciuti
,
I.
Carusotto
,
R.
Houdré
,
E.
Giacobino
, and
A.
Bramati
,
Nat. Phys.
5
,
805
(
2009
).
5.
D.
Lidzey
,
D.
Bradley
,
T.
Virgili
,
A.
Armitage
,
M.
Skolnick
, and
S.
Walker
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
3316
(
1999
).
6.
S.
Kéna-Cohen
and
S.
Forrest
,
Nat. Photonics
4
,
371
(
2010
).
7.
K.
Daskalakis
,
S.
Maier
,
R.
Murray
, and
S.
Kéna-Cohen
,
Nat. Mater.
13
,
271
(
2014
).
8.
J.
Plumhof
,
T.
Stöferle
,
L.
Mai
,
U.
Scherf
, and
R.
Mahrt
,
Nat. Mater.
13
,
247
(
2013
).
9.
C.
Ciuti
,
G.
Bastard
, and
I.
Carusotto
,
Phys. Rev. B
72
,
115303
(
2005
).
10.
S.
De Liberato
and
C.
Ciuti
,
Phys. Rev. B
77
,
155321
(
2008
).
11.
S.
De Liberato
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
016401
(
2014
).
12.
T.
Niemczyk
,
F.
Deppe
,
H.
Huebl
,
E. P.
Menzel
,
F.
Hocke
,
M. J.
Schwarz
,
J. J.
Garcia-Ripoll
,
D.
Zueco
,
T.
Hümmer
,
E.
Solano
,
A.
Marx
, and
R.
Gross
,
Nat. Phys.
6
,
772
(
2010
).
13.
A. A.
Anappara
,
S.
De Liberato
,
A.
Tredicucci
,
C.
Ciuti
,
G.
Biasiol
,
L.
Sorba
, and
F.
Beltram
,
Phys. Rev. B
79
,
201303
(
2009
).
14.
G.
Günter
,
A. A.
Anappara
,
J.
Hees
,
A.
Sell
,
G.
Biasiol
,
L.
Sorba
,
S.
De Liberato
,
C.
Ciuti
,
A.
Tredicucci
,
A.
Leitenstorfer
, and
R.
Huber
,
Nature
458
,
178
(
2009
).
15.
P.
Jouy
,
A.
Vasanelli
,
Y.
Todorov
,
A.
Delteil
,
G.
Biasiol
,
L.
Sorba
, and
C.
Sirtori
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
231114
(
2011
).
16.
Y.
Todorov
,
A. M.
Andrews
,
I.
Sagnes
,
R.
Colombelli
,
P.
Klang
,
G.
Strasser
, and
C.
Sirtori
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
186402
(
2009
).
17.
S.
Kéna-Cohen
,
S. A.
Maier
, and
D. D. C.
Bradley
,
Adv. Opt. Mater.
1
,
827
(
2013
).
18.
T.
Schwartz
,
J. A.
Hutchison
,
C.
Genet
, and
T. W.
Ebbesen
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
196405
(
2011
).
19.
M.
Geiser
,
G.
Scalari
,
F.
Castellano
,
M.
Beck
, and
J.
Faist
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
141118
(
2012
).
20.
J.
Tischler
,
M.
Bradley
,
V.
Bulović
,
J.
Song
, and
A.
Nurmikko
,
Phys. Rev. Lett.
95
,
036401
(
2005
).
21.
G. H.
Lodden
and
R. J.
Holmes
,
Phys. Rev. B
82
,
125317
(
2010
).
22.
N.
Christogiannis
,
N.
Somaschi
,
P.
Michetti
,
D. M.
Coles
,
P. G.
Savvidis
,
P. G.
Lagoudakis
, and
D. G.
Lidzey
,
Adv. Opt. Mater.
1
,
503
(
2013
).
23.
P.
Bhattacharya
,
B.
Xiao
,
A.
Das
,
S.
Bhowmick
, and
J.
Heo
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
206403
(
2013
).
24.
C.
Schneider
,
A.
Rahimi-Iman
,
N. Y.
Kim
,
J.
Fischer
,
I. G.
Savenko
,
M.
Amthor
,
M.
Lermer
,
A.
Wolf
,
L.
Worschech
,
V. D.
Kulakovskii
,
I. A.
Shelykh
,
M.
Kamp
,
S.
Reitzenstein
,
A.
Forchel
,
Y.
Yamamoto
, and
S.
Höfling
,
Nature
497
,
348
(
2013
).
25.
V.
Agranovich
,
M.
Litinskaia
, and
D.
Lidzey
,
Phys. Rev. B
67
,
085311
(
2003
).
26.
D.
Lidzey
,
D.
Bradley
,
M.
Skolnick
,
T.
Virgili
,
S.
Walker
, and
D. M.
Whittaker
,
Nature
395
,
53
(
1998
).
27.
P. A.
Hobson
,
W. L.
Barnes
,
D. G.
Lidzey
,
G. A.
Gehring
,
D. M.
Whittaker
,
M. S.
Skolnick
, and
S.
Walker
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
3519
(
2002
).
28.
C.-C.
Wu
,
Y.-T.
Lin
,
K.-T.
Wong
,
R.-T.
Chen
, and
Y.-Y.
Chien
,
Adv. Mater.
16
,
61
(
2004
).
29.
M.
Litinskaya
and
V. M.
Agranovich
,
J. Phys.: Condens. Matter
24
,
015302
(
2012
).
30.
S.
Hayashi
,
Y.
Ishigaki
, and
M.
Fujii
,
Phys. Rev. B
86
,
045408
(
2012
).
31.
32.
G.
Scalari
,
C.
Maissen
,
D.
Turcinková
,
D.
Hagenmüller
,
S.
De Liberato
,
C.
Ciuti
,
C.
Reichl
,
D.
Schuh
,
W.
Wegscheider
,
M.
Beck
, and
J.
Faist
,
Science
335
,
1323
(
2012
).
33.
J. A.
Hutchison
,
A.
Liscio
,
T.
Schwartz
,
A.
Canaguier-Durand
,
C.
Genet
,
V.
Palermo
,
P.
Samorì
, and
T. W.
Ebbesen
,
Adv. Mater.
25
,
2481
(
2013
).
34.
L.
Mazza
,
L.
Fontanesi
, and
G. C.
La Rocca
,
Phys. Rev. B
80
,
235314
(
2009
).
35.
M.
Litinskaya
,
P.
Reineker
, and
V.
Agranovich
,
J. Lumin.
110
,
364
(
2004
).
36.
P.
Michetti
and
G.
La Rocca
,
Phys. Rev. B
77
,
195301
(
2008
).
You do not currently have access to this content.