Low and High Frequency Vibrations Synergistically Enhance Singlet Exciton Fission Through Robust Vibronic Resonances
本文揭示了低频和高频振动如何通过稳健的振动共振协同增强单线态激子裂变中的非绝热内转换，填补了SEF振动机制的理解空白，并为振动增强型材料设计提供理论依据。
2023-05-26 physics.chem-ph
An estimate of the inter-system crossing time in light-emitting polymers
发光聚合物中的单重态激子产率超过25%的统计极限引起了广泛的实验和理论关注。单态激子产率的大多数理论估计关键取决于自旋轨道耦合引起的系统间交叉率的估计。本文利用实验测定的磷光寿命和最低三重态的能量，以及计算的Huang-Rhys因子值，估算了最低单重态和三重态之间的自旋轨道矩阵元和系统间穿越时间。
2004-10-26 physics.chem-ph
Coherent vs Thermally Activated Singlet Exciton Fission in Acene Derivatives From First Principles Quantum Dynamics Simulations: Molecular Packing Makes the Difference
相干和热激活单线态激子裂变的π堆叠并苯晶体的基础上澄清量子动力学模拟参数化对高度相关的描述的电子激发及其耦合到分子内和分子间的振动的机制。在TIPS-并五苯晶体中，分子主链的相对纵向位移产生三重态激子对与单重态激子和电荷转移（CT）态的大的电子耦合。CT介导的超交换和直接途径被发现有助于协同超快（100 fs）单重态裂变过程驱动的振动相干。相比之下，单重态裂变的电子耦合严格消失在平衡π堆叠的红荧烯，表现出C2 h对称性。在这种情况下，该过程是不相干的，并通过激发破环分子间振动来驱动，从而使实验观察到的温度依赖性合理化。
2015-04-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Microscopic theory of singlet exciton fission. I. General formulation
单重态裂变是一种自旋允许的能量转移过程，从一个单重态激子产生两个三重态激子，具有显着提高有机太阳能电池效率的潜力。然而，这种现象的动力学机制尚未完全理解，并且缺乏一个完整的单重态裂变微观理论。在这项工作中，我们组装了一个全面的微观理论的单线态裂变，连接激发态量子化学计算与有限温度量子弛豫理论的组件。我们阐述了局域化的非绝热和离域绝热基础的解释单重态裂变实验在时域和频域之间的区别。我们讨论了各种近似的确切的密度矩阵动力学，并提出Redfield理论作为一个理想的折衷之间的速度和准确性的详细调查单重态裂变在二聚体，集群，和晶体。基于单线态裂变典型参数的小模型系统的研究表明了这种方法的数值精度和实际效用。
2012-11-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Effect of off-diagonal exciton-phonon coupling on intramolecular singlet fission
分子内单重态裂变（iSF）材料在可调谐电子结构方面提供了显著的优势，并且量子化学研究已经表明通过高频声子模式的强电子耦合调制。在这项工作中，我们制定了一个微观模型的iSF同时对角和非对角耦合到高频模式。一个非微扰处理，狄拉克-弗伦克尔时间相关的变分方法采用多个Davydov试验状态。结果表明，无论是对角和非对角耦合可以帮助有效的单重态裂变，如果激子耦合是弱的，和裂变仅有利于对角耦合，如果激子耦合是强的。在存在非对角耦合的情况下，发现高频模式为快速iSF创建额外的裂变通道。研究结果为直接调控单重态-三重态间耦合设计高效单重态裂变材料提供了指导原则。
2017-07-30 physics.chem-ph quant-ph
Bright and dark singlet excitons via linear and two-photon spectroscopy in monolayer transition-metal dichalcogenides
讨论了单层过渡金属双硫族化合物中自旋单重态激子的线性和双光子光谱选择定则。我们的微观形式主义结合了一个完全$k$依赖的少轨道能带结构与多体Bethe-Salpeter方程处理的电子-空穴相互作用，使用模型介电函数。我们的分析和数值计算表明，单粒子，谷依赖的选择规则的激子效应的存在下保存。此外，我们明确地表明，明亮的（单光子允许）激子有$s$型方位角对称性和黑暗的$p$型激子可以通过双光子光谱探测。这些材料中的屏蔽库仑相互作用基本上偏离了$1/\varepsilon_0 r$形式;这打破了激子光谱中的“偶然”角动量简并，使得2 $p$激子具有比2 $s$激子低至少50 meV的能量。我们比较我们计算的双光子吸收光谱最近的实验测量。
2015-08-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Binding energy of singlet excitons and charge transfer complexes in MDMO-PPV:PCBM solar cells
研究了外电场对聚[2-甲氧基-5-（3 '，7'-二甲基辛氧基）-1，4-亚苯基亚乙烯基]（MDMO-PPV）二极管和PPV与[6，6]-苯基-C61丁酸甲酯（PCBM）复合体异质结的单重态激子和电荷转移复合物的光致发光强度的影响.实验数据与由Onsager-Braun模型导出的解离几率有关。以这种方式，MDMO-PPV的单线态激子结合能的下限被确定为（327 ± 30）meV，而对于MDMO-PPV：PCBM共混物中的电荷转移络合物，提取出明显更低的值（203 ± 18）meV。
2011-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Manifestation of T-Exciton Migration in the Kinetics of Singlet Fission in Organic Semiconductors
有机半导体中的单重态（S_1）自发分裂为一对三重态（T）激子的单重态裂变动力学受到TT对的反孪生湮灭的强烈影响。我们表明，这种影响可以适当地描述只有考虑到扩散激子迁移。迁移效应被处理的两个动力学耦合状态的模型：相互作用的TT-对的中间状态和迁移激子的状态。在此模型下，研究了单重态裂变（包括磁场效应）对S_1态荧光衰减动力学（FDK）I_{S_1}（t）的影响。分析表明，迁移强烈影响FDK，特别是导致普遍的长时间依赖性I_{S_1}（t）\sim t^{-3/2}。该模型准确地描述了FDK，最近观察到的一些系统。所考虑的模型的迁移机制的分析，使用实验测量的FDK的可能应用进行了简要讨论。
2017-05-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Microscopic theory of singlet exciton fission. II. Application to pentacene dimers and the role of superexchange
在前面的论文中，我们组装了一个统一的框架，单线态裂变，一种类型的多激子产生两个三线态激子从一个单线态激子的理论组件。在本文中，我们将我们的方法应用于并五苯，一种广泛研究的材料，表现出单重态裂变的分子二聚体。我们解决了一个长期存在的理论问题，即单重态裂变是否通过两个连续的电子转移步骤介导的电荷转移状态或通过直接的两个电子转移过程。我们发现了一个超交换介导的机制的证据，即裂变过程通过虚拟的电荷转移状态，这可能是非常高的能量进行。特别是，这种机制预测有效的单线态裂变的亚皮秒的时间尺度上，在合理的协议与实验。我们研究了分子振动在介导弛豫和退相干中所起的作用，发现不同的物理合理形式的浴弛豫函数给出了类似的结果。我们还研究了竞争的直接耦合机制，并发现它产生裂变速率较慢的超交换机制的二聚体相比。我们讨论了结晶并五苯的影响，包括二聚体模型的局限性。
2012-11-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Perturbation of Exciton Aggregate Coupling by Optical Excitation in Crystalline Perfluoropentacene Films
通过单线态激子裂变的载流子倍增增强有机固体中的光伏转换效率。一个单重态激子衰变为两个三重态有望克服肖克利-奎塞尔极限，因为每个吸收的光子可以收获多达两个电子。分子间耦合被认为是强制性的，单重态激子裂变和带状运输。这种耦合表现为$e.g.$，在结晶有机固体中最低能量激子跃迁的Davydov分裂。对于模型系统全氟并五苯，相应的过渡在实验中，偏振分辨吸收光谱的H-和J-聚集的概念的基础上，通过理论计算确定。光注入到基本激子跃迁的第一振动级数中显著地扰动了与$S_0 \rightarrow S_3$跃迁的H型聚集体相关的较高能量跃迁，所述较高能量跃迁在有效的单线态激子裂变期间和之后。这些发现强调了有效的载流子提取的必要性，因为三重态积累可能对单重态激子裂变和任何潜在的带状传输都是有害的。更一般地说，我们的观察表明，电子激发可以扰动有机晶体中的电子能带结构，并通过潜在地扭曲晶格来突出它们的相关性质。
2016-12-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Unique Room Temperature Light Emitting Diode Based on 2D Hybrid Organic-Inorganic Low Dimensional Perovskite Semiconductor
介绍了一种基于二维有机-无机杂化半导体（HOIS）的室温发光二极管（LED）。通过在ITO衬底上沉积一层（4-氟苯乙胺-H）2 PbI 4来制造LED。这是第一次提出这种基于2D碘化铅钙钛矿的室温激子LED，以及其简单，低成本，环境条件制造和在5- 10 V下工作。新引入的3D HOIS钙钛矿LED类别现在随着2D HOIS的实施而扩大。可以实现新的功能，因为现在可以获得混合物的2D半导体有利特性，例如增加的激子结合能，振荡器强度和峰值波长可调谐性。
2016-08-23 physics.chem-ph
Singlet exciton dynamics of perylene diimide and tetracene based hetero/homogeneous substrates via an \textit{ab initio} kinetic Monte Carlo model
发光太阳能集中器（LSC）是捕获一部分太阳光谱并将其汇集到光子收集设备的设备。然而，由于激子和光子动力学建模的复杂性，在量子化学水平上对LSC进行建模仍然是一个挑战。本研究探讨单重态激子动力学发生在一个典型的LSC设备。要做到这一点，我们使用拒绝自由的动力学蒙特卡罗方法来预测扩散长度，扩散系数，基板各向异性，平均激子寿命的二萘嵌苯二酰亚胺（PDI）和并四苯基基板在低浓度的计划。\textit{Ab initio}速率常数使用基于时间依赖性密度泛函理论的方法计算。PDI型基板被观察到显示增强的单线态激子传输性能相比，并四苯。模拟结果表明，基板与偶极排列的发色团的特征在于各向异性激子扩散，略有改善的传输性能。最后，一个PDI-tetracene基板模拟无序和偶极排列的发色团配置。在这种多掺杂剂基板传输主要是介导的PDI，由于考虑的两种染料之间的传输速率的不对称性。最后，我们讨论了多掺杂剂衬底的特性，以及它们如何影响下一代LSC的设计。
2021-09-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nuclear dynamics of singlet exciton fission: a direct observation in pentacene single crystals
单重态激子裂变（SEF）是发展高效光电器件的关键过程。一个很少被直接探测，但对SEF性质有巨大影响的方面是原子核结构和这个过程中涉及的动力学。在这里，我们直接观察到的核动力学伴随着SEF过程中的单晶并五苯飞秒电子衍射。数据显示相干原子运动在1太赫兹，非相干运动，和各向异性晶格畸变代表的三重态激子的极化特性。结合分子动力学模拟、含时密度泛函理论和实验结构因子分析，确定了并五苯分子沿长轴的集体滑动运动.这种运动改变了相邻分子之间的激子耦合。我们的研究结果表明，长程运动在电子相关三重态对的衰变中起着决定性的作用，并阐明了为什么SEF发生在超快时间尺度上。
2020-11-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Vibronic exciton theory of singlet fission. II. Two-dimensional spectroscopic detection of the correlated triplet pair state
单重态裂变是光子有效地转化为低能量三重态激子对的分子过程，有望成为提高光伏器件效率的手段。在本系列的前一篇文章中，我们阐述了单重态裂变的电子振动理论，受到以前的实验和理论研究的启发，这些研究表明电子振动耦合在裂变动力学中起着重要作用。在这里，我们扩展我们的模型，以模拟二维电子光谱，通过该理论进一步验证的基础上比较最近的测量并五苯晶体。此外，通过这样的光谱模拟，我们提供了新的见解的性质的相关三重态，在裂变过程中的第一个产品中间体。特别是，我们解决了文献中关于识别，能量和跃迁偶极矩的光学跃迁向更高的三重态的分歧。
2017-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Are Heptazine-Based Organic Light-Emitting Diode (OLED) Chromophores Thermally Activated Delayed Fluorescence (TADF) or Inverted Singlet-Triplet (IST) Systems?
由Adachi及其同事合成了两种衍生自heptazine的发色团HAP-3 MF和HAP-3 TPA，并将其作为发光二极管（OLED）的发光体进行了测试。这两种发光体显示出量子效率超过传统荧光OLED的理论最大值。利用热激活延迟荧光（TADF）机制解释了发光效率的提高。本文采用基于波函数的从头计算方法（ADC（2）），研究了HAP-3 MF和HAP-3 TPA的电子激发能和激发态势能面的形貌特征。研究发现HAP-3 MF是一个倒置的单重态-三重态（IST）系统，即S1和T1态的能量发生了鲁棒倒置，违反了Hund的多重性规则。值得注意的是，HAP-3 MF可能是第一个在OLED器件中实现的IST发射器。另一方面，在HAP-3 TPA中，S1和T1态的垂直激发能基本上是简并的。激发态沿不同的弛豫坐标表现出相似量级的振动稳定能，导致绝热激发能也接近简并。发现HAP-3 TPA是TADF和IST系统的边界处的发色团。根据计算结果分析了Adachi等人报道的HAP-3 MF和HAP-3 TPA的光谱数据。
2021-11-17 physics.chem-ph
Getting the Right Twist: Influence of Donor-Acceptor Dihedral Angle on Exciton Kinetics and Singlet-Triplet Gap in Deep Blue Thermally Activated Delayed Fluorescence Emitter
本文研究了一种用于有机电致发光器件（OLED）的新型深蓝色发光体SBABz 4。发射器的分子设计使热激活延迟荧光（TADF），我们检查温度依赖的时间分辨电致发光（trEL）和光致发光（trPL）。我们发现，供体和受体之间的二面角强烈影响的单重态-三重态间隙旁边的电荷转移态的振子强度。用含时密度泛函理论（TD-DFT）计算了单重态-三重态带隙的角度依赖性。计算了SBABz 4的弛豫基态构型的能隙为15 meV，其中供体和受体部分之间的二面角为86°。令人惊讶的是，实验获得的72+/-5 meV的能隙只能用70°-75°范围内的扭转角来解释。分子动力学（MD）模拟结果表明，SBABz 4在高温下蒸发得到扭转角分布，这直接导致了实验获得的能隙。此外，基质中的发射极取向各向异性显示出80%的水平取向偶极子比率，这对于高效的光外耦合是非常期望的。了解蒸发膜中分子内供体-受体几何结构对于OLED应用至关重要，因为它影响振荡器强度和TADF效率。
2019-10-28 physics.chem-ph
Singlet and triplet to doublet energy transfer: improving organic light-emitting diodes with radicals
有机发光二极管（OLED）必须被设计成规避由电子-空穴捕获之后的三重态与单重态激子形成的3：1比率所施加的效率限制。在这里，我们显示的自旋性质的发光自由基，如TTM-3 PCz允许直接从单重态和三重态激子通过能量转移的能量收集，随后快速和有效的光发射从双重态激子。这是证明与模型热激活延迟荧光（TADF）的有机半导体，4CzIPN，其中从三重态的反向系统间穿越是典型的慢（50%的发射1微秒）。自由基：TADF组合显示出更快的发射通过双峰通道（80%的发射100纳秒）比可比的TADF只有系统，并维持更高的电致发光效率与增加电流密度比自由基只有设备。通过解锁单重态、三重态和二重态激子之间的能量转移通道，为使用有机自由基的光电子学提供了进一步的技术机会。
2021-09-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Vibronic exciton theory of singlet fission. I. Linear absorption and the anatomy of the correlated triplet pair state
最近的时间分辨光谱实验表明，电子振动耦合在促进单线态裂变过程中起着至关重要的作用。在这项工作中，形成了一个系列的第一篇文章，我们开始解开单重态裂变的机制，通过振动激子理论。我们制定了一个模型，其中电子和振动自由度的微观和非微扰处理。使用并五苯作为单重态裂变的原型材料，我们将我们的理论与单晶的偏振分辨吸收测量进行比较，并采用我们的模型来表征吸收带下的激发态。特别注意的是收敛的物理观测值相对于所采用的基础大小，通过它，我们确定更昂贵的计算在后续工作中提出的最佳基础。我们还评估了光学制备的单重态激发态和相关的三重态对状态之间的能量分离，以及提供后者的实空间表征，这两者在裂变动力学的讨论中都是至关重要的。我们讨论我们的结果在最近的实验研究的背景下。
2017-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Vibronic exciton theory of singlet fission. III. How vibronic coupling and thermodynamics promote rapid triplet generation in pentacene crystals
我们扩展了在我们以前的工作中介绍的电子振动激子理论研究单态裂变动力学，特别是解决最近的迹象表明，在这个过程中的电子振动耦合的重要性。一个微观和非微扰处理电子和选定的振动自由度结合Redfield理论，使我们能够动态地考虑集群的分子在接近那些在分子晶体中表现出裂变的条件下。使用散装并五苯作为一个具体的例子，我们的研究结果确定了一些因素，使裂变快速和有效的。强耦合到高频荷斯坦模式产生的光制备的单重态和产品的三重态之间的共振。此外，我们发现大量的三重态组合与散装周期性系统是关键的裂变过程中，这种振动共振条件下。此外，我们目前的结果，包括，在一个近似的方式，Peierls耦合的影响，表明这个因素可以增强和抑制裂变取决于它的相互作用与电子振动共振和热力学。
2018-08-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Characterizing the Role of Peierls Vibrations in Singlet Fission with the Adaptive Hierarchy of Pure States
本研究推广adHOPS方法以同时处理Holstein和Peierls振动，发现Peierls振动通过相关电荷转移路径加速EP-PDI中的单线态裂变，并在100纳米尺度上促进三线态输运。
2025-06-23 physics.chem-ph
Singlet fission for quantum information and quantum computing: The parallel JDE model
单重态裂变是产生双激发、最大自旋纠缠对态的光转换过程。这种状态在量子信息和计算方面的应用才刚刚开始实现。在这篇文章中，我们构造和分析了一个自旋激子哈密顿量来描述两个三重态的动力学。我们发现的选择规则，连接双激发，自旋单重态的五重态的流形和评论的机制和条件的过渡到正式独立的三重态。对于在惰性宿主中定向和固定的相邻二聚体，单线态裂变可以是强状态选择性的。我们对电子顺磁共振实验进行了预测，并从最近的文献中重新分配了一些跃迁。我们的研究结果给出的条件，磁共振脉冲可以驱动光学偏振的两个激子态的磁子级之间的转换，使之有可能在室温下实现量子门在这些系统中。
2020-03-31 physics.chem-ph
How Does the Symmetry of S1 Influence Exciton Transport in Conjugated Polymers?
许多基于有机材料的光电子器件需要快速和长程的单重态激子输运。控制单重态激子输运的关键因素包括材料的电子结构、无序性和激子-声子耦合。一个重要的参数，其对激子输运的影响还没有被探索是单重电子态（S1）的对称性。在这里，我们采用飞秒瞬态吸收光谱和显微镜，以揭示在高度对准，近无序自由，一维共轭聚合物的基础上聚丁二炔的S1和激子输运的对称性之间的关系。
2020-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Excitation energies through Becke's exciton model within a Cartesian-grid KS DFT
光子诱导的电子激发在有机生色团中普遍存在。在这种情况下，我们提出了一个简单的，替代的时间无关的DFT程序，计算单粒子激发能，特别是，在光化学的主要兴趣的下界激发单重态。这需要灵感来自最近开发的贝克的激子模型，其中一个关键步骤构成了相关的单重态-三重态分裂能量的准确评估。介绍了一种非经验模型，从“绝热连接定理”和“维里定理”两方面分析了2 e $^-$积分在这类计算中的作用。后一个量被有效地映射到一个真实的网格上，并使用纯数值策略精确计算。说明性的计算进行10 $π$ -电子有机生色团内的笛卡尔网格实施赝势Kohn-Sham（KS）DFT，在我们的实验室开发的，在B3 LYP近似SBKJC型基函数。第一单激发态对应的三重态和单重态激发能与TD-B3 LYP计算结果吻合较好。此外，除了B3 LYP，我们还使用渐近校正的LC-BLYP对一组较大的分子系统进行了相同的计算。与理论最佳估计的系统比较表明，目前的方法在确定光学间隙的可行性和适用性，结合预测精度与适度的计算成本。
2021-02-26 physics.chem-ph
Efficient near-infrared organic light-emitting diodes with emission from spin doublet excitons
本文提出一种基于主客体能量转移的OLED设计，利用TTM-TPA自由基客体与蒽衍生物主体的三重态-双重态可逆能量转移，在800nm发射下实现了9.6%的外量子效率，解决了近红外发光中非辐射损耗问题。
2023-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Interplay of Fluorescence and Phosphorescence in Organic Biluminescent Emitters
双发光有机发光体在室温下同时显示荧光和磷光。迄今为止，这类材料的室温磷光（RTP）的优化已引起人们的关注。然而，这些发射体的连续波操作将因此使它们变成具有极大不平衡的单重态和三重态群体的系统，这是由于各自的激发态寿命。本文报道了双发光体NPB（N，N-二（1-萘基）-N，N-二苯基-（1，1-联苯基）-4，4-二胺）的激子动力学。在极端情况下，单重态和三重态激子寿命分别从3 ns延伸到300 ms。通过样品工程和氧猝灭实验，可以将三重态激子密度控制在几个数量级以上，从而可以研究单重态和三重态流形之间的激子相互作用。结果表明，单重态-三重态湮灭已经在中等激发水平下降低了总体双发光效率。此外，所提出的系统代表了一个说明性的角色模型来研究有机材料中的激子效应。
2017-04-21 physics.app-ph physics.chem-ph
Singlet Fission Photovoltaics: Progress and Promising Pathways
本文综述单线态裂变在有机光伏中的应用，比较各类器件结构，评估其减少热化损耗、突破单结效率极限的潜力并指出未来研发方向。
2022-02-02 physics.app-ph physics.chem-ph
Optical properties and exciton transfer between N-heterocyclic carbene iridium (III) complexes for blue light-emitting diode applications from first principles
本文从第一性原理研究NHC铱(III)配合物的光学性质与激子转移，揭示其激发伴随约0.7 eV重组能和振子强度损失，并分析了Förster与Dexter机制及带电配合物中可能导致激子-极化子猝灭的高速率跃迁。
2024-02-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Singlet fission contributes to solar energy harvesting in photosynthesis
本研究利用超快和磁光光谱技术，揭示光合细菌LH1复合物中名为“异裂”的单线态裂变（SF）机制，发现SF可通过暂存三线态对规避类胡萝卜素激发热化，提升能量传递效率，为理解SF在光合作用中的功能意义提供新见解。
2024-11-27 physics.bio-ph physics.chem-ph
Highly efficient exciton-exciton annihilation in single conjugated polymer chains
本研究通过测量聚芴单链的时间分辨光子统计，发现单根共轭聚合物链可承载的独立激子数量极少，揭示了高效激子-激子湮灭效应，为调控该效应以提升共轭聚合物光电应用性能提供了依据。
2025-03-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Unified definition of exciton coherence length for exciton-phonon coupled molecular aggregates
激子相干长度（ECL）是表征光合作用、有机光化学和发光二极管等分子聚集体中激子性质的重要概念。ECL通过电子约化密度矩阵的方差或纯度以多种方式定义。然而，我们发现，这些定义未能提出一个单调的激子辐射衰减效率的关系，因为它应该是激子-声子耦合时考虑。利用振子强度求和规则，给出了ECL的统一定义。利用数值精确的含时矩阵乘积态形式应用于一维和二维体系中分子聚集体的Frenkel-Holstein模型，我们发现我们的ECL定义与辐射效率呈单调关系，可以作为激子相干性的有效和统一的描述。我们进一步预测，二维聚集体可以显示最大的超辐射增强（SRE）在有限的温度下，不同于以前的知识的SRE- $1/T$行为。
2022-08-16 physics.chem-ph
Intermolecular Vibrations Drive Ultrafast Singlet Fission
单线态裂变是有机半导体中自旋允许的激子倍增过程，其将一个自旋单线态激子转化为两个三线态激子。它提供了潜在的提高太阳能转换绕过肖克利-奎瑟限制的效率。近年来，并五苯及其衍生物的原初单重态裂变过程的机制得到了广泛的研究，然而，单重态裂变的原初超快过程的本质仍然是一个争论的问题。在这里，我们研究的单重态裂变过程中并五苯膜采用瞬态光栅（TG）和二维（2D）电子光谱的组合，辅以量子化学和非绝热动力学计算。外差检测TG光谱的高灵敏度，使我们能够捕获的振动相干性，并表明它介导的单重激发电子态的三重态对状态的过渡。这种相干过程进一步研究了二维电子光谱。实验数据的详细分析表明，显着的振动耦合的几个关键模式在低和高频率区域连接激发单重态和三重态对。基于量子化学计算，我们确定了这些关键的分子间摇摆模式沿分子纵向轴之间的并五苯分子。它们在单重态和三重态对之间起着电子桥梁的重要作用。随着高频局部振动作为调谐模式，这些摇摆运动驱动的超快动力学在多维锥形交叉的单线态裂变过程。
2019-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Polariton-assisted Singlet Fission in Acene Aggregates
单线态裂变是通过提供增加在选择材料中吸收的每个光子的激子的量子产率的途径来增加有机光致发光中的能量转换效率的重要候选者。我们研究了并苯在强光-物质相互作用（极化激元）体系中激子量子产率的依赖关系，其中材料嵌入光学微腔中。从一个开放的量子系统的方法开始，我们建立了一个动力学模型的猝灭剂的存在下，感兴趣的物种的时间演化，并表明极化激元可以减少或增加激子量子产率相比，无腔的情况下。特别是，我们发现，hexacene，一个典型的穷人单线态裂变的候选人，可以提供更高的产量比腔无pentacene时，辅助极化激元效应。同样，我们表明，并五苯产率可以增加时，极化激元状态的帮助。最后，我们解决了如何在有损耗的微腔中的亮态和暗态之间的各种弛豫过程影响极化激元光化学。我们的研究结果还提供了关于如何选择微腔以增强类似相关化学过程的见解。
2018-01-09 physics.app-ph physics.chem-ph quant-ph
Femtosecond Hot-Exciton Emission in a Ladder-Type pi-Conjugated Rigid-Polymer Nanowire
热激子通常是固相的初始元激发产物，特别是在低维光子材料中，这是所有后续过程的瓶颈。热激子发射（HExEm）的测量是一个巨大的挑战，由于快速EK弛豫，因此非常微弱的瞬态发射。本文报道了利用飞秒时间分辨荧光光谱首次在准一维π共轭有机刚性棒量子纳米线MeLPPP（methyl-substituted ladder-type poly（para-phenylenes））的薄膜中清晰地观测到飞秒HExEm。结果表明，来自冷却热激子的清晰的HExEm具有~500至~800 fs的寿命，并且由于这种超短停留时间而伴随非常弱的密度依赖的单重态-单重态湮灭（SSA）。
2012-04-23 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.optics
Ab Initio Linear and Pump-Probe Spectroscopy of Excitons in Molecular Crystals
线性和非线性光谱是研究分子和晶体电子激发态的能量学和动力学的有力工具。虽然分子光谱的高精度\emph{ab initio}计算可以相对常规地进行，但将这些计算扩展到周期性系统是具有挑战性的。在这里，我们提出的线性吸收光谱和泵浦探测双光子光电子能谱的萘晶体的运动方程耦合团簇理论与单，双激发（EOM-CCSD）的计算。分子并苯晶体因其表现出的低能多激子单重态而引起人们的兴趣，这些单重态作为参与单重态裂变的中间体已被广泛研究。我们的线性吸收光谱与实验结果吻合得很好，预测第一激子吸收峰在4.4 eV处，我们的双光子光电子能谱捕获多激子态的行为，其双激发特性不能被当前的方法捕获。模拟的泵浦-探测光谱提供了支持现有的解释密切相关的并苯晶体，如并四苯和并五苯的双光子光电发射。
2019-09-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Magnetic dipolar interaction between correlated triplets created by singlet fission in tetracene crystals
单重态裂变（SF）可以通过将有机半导体中的一个光激发的单重态激子（S1）分裂成两个三重态（2 T1）来潜在地打破单结太阳能电池中的肖克利-奎塞尔效率极限。暗多激子（ME）态已经被提出作为连接S1到2 T1的中间体。然而，这种ME状态的确切性质，特别是双激发三胞胎如何相互作用，仍然难以捉摸。在这里，我们报告了一个定量研究SF诱导的相关三重态在并四苯晶体中的磁偶极相互作用，通过监测量子拍相关的ME子能级在室温下。观察到通过调谐外部磁场而接近的ME子能级的共振被避免，这与考虑~ 0.008 GHz的磁偶极相互作用的理论预测一致。我们的工作为量化有机材料中的磁偶极相互作用铺平了道路，并标志着朝着理解ME状态的基础物理学迈出了重要一步。
2015-03-05 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Room temperature triplet state spectroscopy of organic semiconductors
有机发光器件和太阳能电池是在有机半导体中产生、操纵和破坏激发态的机器。表征这些激发态或激子对于优化显示器和太阳能收集等应用中的器件性能至关重要。如果激发态是三重态，这是复杂的，因为电子跃迁是暗的，振子强度消失。因此，三重态光谱通常必须在低温下进行，以减少来自非辐射速率的竞争。在这里，我们通过设计包含目标分子的固态宿主基质来控制非辐射率，从而允许在室温下观察磷光并减轻低温实验的限制。我们测试这些技术在广泛的材料上的功能跨越多激子产生（单线态激子裂变），有机发光器件主体材料，和热激活延迟荧光型发射器。控制目标分子周围基质中的非辐射模式也可在发光和光伏器件中具有更广泛的应用。
2013-10-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Shelf-stable quantum-dot light-emitting diodes with high operational performance
量子点发光二极管（QLED）有望成为高性能且具有成本效益的电致发光器件。然而，QLED的货架稳定性，实际应用中必须的，目前被忽视了。在这里，我们揭示了最先进的QLED表现出异常的货架老化行为，即，业绩改善（正老化），随后业绩恶化（负老化）。机理研究表明，在封装丙烯酸树脂中的有机酸诱导原位反应，这同时提高电导率和减少界面激子淬灭在正老化阶段。原位反应的进展导致负老化。受这些发现的启发，我们设计了一种电子传输双层结构，它既提高了电导率，又抑制了界面激子猝灭。这种设计能够实现具有高操作性能的货架稳定的QLED，即，储存180天后，外量子效率（>20.0%）和超长工作寿命（T95：1，000 cd m-2时5，500小时）的变化可忽略不计。我们的工作为QLED的商业化铺平了道路。
2020-10-10 physics.app-ph physics.chem-ph physics.optics
Multi-dimensional Tensor Network Simulation of Open Quantum Dynamics in Singlet Fission
我们开发了一个强大的树张量网络态方法，能够模拟较大的分子复合物和开放量子系统的激子-声子量子动力学与多玻色子环境。我们将这种方法与从头算密度泛函理论结合起来研究并五苯二聚体中的单重态激子裂变。访问完整的振动多体波函数，我们跟踪和分配的贡献不同的对称类的振动SF和推导能量表面，使我们能够解剖，理解和描述强耦合的电子和振动动力学，松弛，和减少状态冷却。这直接暴露了在SF材料设计中利用分子对称性、电子结构和振动动力学的功能相互作用的丰富可能性。所描述的方法可以类似地应用于其他复杂的（生物）分子系统，其特征在于丰富的电子状态和振动耦合驱动非绝热动力学的歧管。
2017-10-03 cond-mat.str-el physics.atm-clus physics.chem-ph
