分子聚集体中激子-激子湮灭过程

分子的激发能量转移和电荷转移是提高光伏电池和发光二极管效率的关键问题,其中分子聚集体中的激子-激子湮灭过程是影响分子激发能量转移的重要方面,细致研究激子-激子湮灭的动力学过程并与相关的瞬间吸收谱信号对比对相关的理论和实验都有重要意义.本文在分子间弱耦合近似下,用经典的率方程,应用方酸分子的基本参数对激子-激子湮灭过程做了微观描述,通过改变相关参数,研究了外场激发强度、聚集体的偶极矩位形、分子内的衰变率等因素对激子-激子湮灭过程的影响,分析了激子在第一激发态和高阶激发态的驰豫时间、电荷转移相干时间、激子融合和湮灭时间之间的关系,得到的结论适用于高阶激发态能级能量约为第一激发态能级能量的2倍的分子组成的分子聚集体.研究发现,J型聚集体由于相干能量转移时间较短,比H型聚集体有更高的湮灭率.激发场强越强,激子-激子湮灭的效率越高.分子高阶激发态的衰变率是激子-激子湮灭过程的关键因素.

弱耦合近似下激子-激子湮灭动力学研究

分子聚集体中激子-激子湮灭动力学过程与其发光特性和能量转移过程密切相关,研究激子动力学过程对模拟自然界中的光合作用以及研究其光载流子的输运过程有重要意义.本文在密度矩阵理论框架下引入弱耦合近似得到率方程,用率方程研究了分子间距离、激子态密度和激发态偶极矩与激子-激子湮灭动力学的关系.研究发现当分子间距离减小时,第一激发态衰变过程受激子融合过程的影响,导致其衰变有明显的S型特征.高阶激发态的偶极矩是激子融合过程的关键因素,且偶极矩越大,激子融合过程越容易发生.在不同激子密度下第一激发态随时间的演变规律与在低功率下激发聚对苯乙炔(OPPV7)类单体和不同功率下激发聚对苯乙炔(OPPV7)类聚集体的激子动力学过程的实验结果一致.考虑光激发作用下的量子波包作为初始态,模拟了不同激子能级下的激子动力学演变过程发现激子态在几百飞秒内能够保持很好的局域性,说明激子态是相干叠加态,其局域特点与所在的激发能级有关.